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