Внедрение

Методика высокоточного определения параметров движения космических аппаратов

15 Ноября 2024
Методика высокоточного определения параметров движения космических аппаратов

Для решения целевых задач низкоорбитальными космическими аппаратами требуется определение их параметров движения с высокой точностью – на уровне от единиц дециметров до сантиметров. Российские исследователи компании, входящей в структуру Роскосмоса, рассматривают методы получения высокоточных параметров движения низкоорбитальных КА с использованием измерений ГНСС-приёмников из состава бортовой навигационной аппаратуры потребителя, способы контроля и подтверждения точности получаемых результатов. Приводятся перспективные подходы повышения точности определения параметров движения.

Авторы отмечают, что совместное уточнение эфемеридно-временной информации низкоорбитальных космических аппаратов ГНСС и низкоорбитальных КА является перспективным методом повышения точности определения параметров движения и позволяет повысить точность эфемеридно-временной информации низкоорбитальных космических аппаратов ГНСС на 30–50% для плотной сети наземных приёмников (100 и более наземных станций) и в 5–6 раз при использовании региональной сети наземных станций.

Для решения целевых задач некоторых низкоорбитальных космических систем необходимо знание параметров движения (ПД) входящих в их состав космических аппаратов (КА) с высокой точностью. Под ПД низкоорбитальных КА подразумеваются координаты и скорости центра масс (ЦМ) КА в геоцентрической системе координат. Низкоорбитальными КА, как правило, считаются КА, орбита которых целиком проходит в так называемом непрерывном навигационном поле, в любой точке которого навигационная аппаратура потребителя (НАП) гарантированно принимает сигналы не менее чем от четырёх навигационных КА одной из ГНСС. Областью непрерывного навигационного поля принято считать околоземное пространство вплоть до высоты 2000 км над поверхностью.

Определение ПД ЦМ низкоорбитальных КА с точностью в несколько сантиметров, как правило, основывается на обработке полученных бортовой НАП кодовых и фазовых измерений псевдодальностей. Высокая точность получаемых ПД обусловлена тем, что расчёты выполняются в режиме постобработки при помощи специализированного программно-математического обеспечения (ПМО) с использованием высокоточной эфемеридно-временной информации (ЭВИ) ГНСС и параметров вращения Земли (ПВЗ). В зависимости от точности исходных данных и метода определения ПД типовая точность результатов может составлять от 2 до 20 см.

Различают два метода определения ПД: кинематический и динамический. В кинематическом методе движение КА рассматривается как набор независимых точек (траектория). Уточняются координаты ЦМ КА и уход шкалы времени бортового НАП на каждый момент времени фиксации измерений (эпоху измерений), а в случае использования фазовых измерений — неоднозначности их сеансов. Решение таким методом не требует использования какой-либо математической модели движения, вследствие чего упрощается алгоритм обработки, однако точность решения сильно зависит от качества и непрерывности исходной измерительной информации.

Второй метод — динамический, в котором движение КА рассматривается как результат интегрирования дифференциальных уравнений с определяемыми начальными условиями. Данный метод допускает нарушение непрерывности используемой измерительной информации и наличие эпох измерений с недостаточным для кинематического метода количеством наблюдаемых навигационных КА (НКА), однако точность определения орбиты в значительной степени зависит от адекватности учёта реальных сил.

Подвидом динамического метода является ограниченно-динамический (псевдостохастический). В этом методе, помимо параметров динамического метода в математической модели движения ЦМ КА, также включены уточняемые псевдостохастические параметры орбиты, задаваемые псевдостохастическими импульсами — небольшими мгновенными изменениями вектора скорости в заданные моменты времени, выбранные с постоянным шагом, или псевдостохастическими ускорениями небольшой величины, действующими на заданных промежутках времени постоянной длительности.

Материалы, представленные в данной статье, позволяют сделать следующие выводы:

1. Определение высокоточных ПД ЦМ низкоорбитальных КА по измерениям бортовой НАП — актуальная научно-техническая задача, востребованная для целого ряда современных типов космических систем.

2. Современный уровень развития отечественных технологий в целом соответствует общемировому.

3. Существует необходимость разработки нормативной базы для обеспечения необходимых параметров бортовой НАП, предназначенной для определения ПД ЦМ низкоорбитальных КА с высокой точностью.

4. В зарубежных публикациях теоретически проработаны методы повышения точности определения ПД низкоорбитальных КА вплоть до 1 см по положению и точнее. Необходимо развивать соответствующие компетенции по решению подобных задач у отечественных разработчиков.

5. Перспективным методом повышения точности определения ПД ЦМ низкоорбитальных КА является совместное уточнение ЭВИ НКА ГНСС и низкоорбитальных КА. Такой метод позволяет не только повысить точность определения орбит низкоорбитальных КА, но и точность определения ЭВИ НКА ГНСС.


Подписывайтесь на журнал «Вестник ГЛОНАСС» и навигационный Telegram-канал

По материалам открытых источников

Короткая ссылка:  vestnik-glonass.ru/~lb2xi
13.11.2024
Еврокомиссия объявила, что после завершения оценки оптимизированного и окончательного предложения (OBAFO), она заключила концессионный контракт на разработку, развёртывание и управление спутниковой системой безопасной связи.
12.11.2024
Геостационарный оператор «Виасат» ведёт активные переговоры о покупке широкополосной ёмкости будущих спутников Telesat на низкой околоземной орбите.
11.11.2024
До конца года еще два малых поселка Хабаровского края будут подключены к интернету через спутники ФГУП «Космическая связь», заявил генеральный директор ГП КС Алексей Волин на встрече с правительством региона.
11.11.2024
Российские исследователи компании, входящей в структуру Роскосмоса, разработали модель и алгоритм подготовки и проведения испытаний бортовой аппаратуры космических аппаратов в открытом космическом пространстве.

СТАТЬИ ГЛОНАСС

Необходим поиск отечественных специалистов в области кибербезопасности сельского хозяйства
Перспективы реализации дорожной карты одного из направлений Национальной технологической инициативы (НТИ) в области сельского хозяйства, по просьбе журнала «Вестник ГЛОНАСС», оценил эксперт в навигационно-информационной сфере Семён Видный. В современных, быстроизменяющихся условиях особого решения требуют вопросы безопасности (направление SafeNet), тем более на таком значимом для государства агросекторе. В этом направлении на данный момент – огромное количество профессиональных участников. Но большинство из них используют иностранные наработки, что в настоящий момент и на перспективу неприемлемо. Также все профессионалы никогда не занимались этим специфическим сектором экономики – сельским хозяйством. Так что здесь придётся ещё поискать участников.
Аграриям предстоит работать в одной системе координат
Как известно, основой современного цифрового агрокомплекса является картогорафирование. Семён Видный, эксперт в области применения современных навигационно-информационных технологий в сельском хозяйстве поделился с читателями журнала «Вестник ГЛОНАСС» с кругом решаемых проблем при обработке массивов картографических данных. Таким образом, выяснилось, что все используют данные в различных системах координат, но пытаются укладывать их на одну картографическую основу и, соответственно, получают нестыковки и ошибки. Всё это приводит к тому, что используемые данные из Роскадастра, из Центров химизации и от высокоточных источников (данные дистанционного зондирования Земли, данные с беспилотников и высокоточных навигационных или геодезических приборов) не состыковываются друг с другом и только вводят в заблуждение сельхозтоваропроизводителей и собственников сельхозземель. И это также отражается на отношениях со смежными землепользователями.