АСТРОНАВИГАЦИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА КРУГОВЫХ ОКОЛОЗЕМНЫХ ОРБИТАХ

Рассмотрены три группы методов автономной навигации и ориентации космических аппаратов (КА). Первая основана на инерциальных системах, использующих гироскопы различных типов. Основным недостатком инерциальных систем является так называемый «уход нуля и осей». Для его устранения необходимо периодически производить сверку инерциальных измерений с данными спутниковых навигационных или астрометрических систем. Вторая группа методов автономной навигации и ориентации КА связана с использованием в качестве внешних естественных ориентиров звёзд. При этом с борта КА фотографируется участок неба, на котором выделяются и отождествляются звёзды, имеющиеся в бортовом каталоге ЗД. После этого по их известным инерциальным координатам автоматически формируется матрица направляющих косинусов, описывающая ориентацию осей системы координат ЗД и конструктивных осей КА в инерциальном пространстве. Использование звёзд в качестве внешних ориентиров обеспечивает высокую точность измерений ориентации КА, которая сегодня составляет единицы, а потенциально - доли угловых секунд. Третья группа методов сводится к определению направления на центр Земли в системе координат, связанной с соответствующим датчиком, и переносу этого направления в систему координат конструктивных осей, связанную с КА. Этот процесс называют построением геовертикали. Основной проблемой для всех способов построения геовертикали является большой угловой размер Земли, который обусловливает большую погрешность измерений направления на центр Земли, составляющую десятые доли градуса. Наиболее широкое распространение получило комплексное применение инерциальных навигационных систем, ЗД и инфракрасных построителей геовертикали, что позволяет автономно определять не только ориентацию, но и координаты КА в инерциальном пространстве. Вместе с тем низкая точность построения геовертикали обусловливает и соответствующий уровень точности навигации, который является недостаточным при решении ряда задач управления КА. Предложен метод решения задачи автономной навигации и ориентации КА, находящегося на круговой орбите, по результатам совместной обработки серии звёздных снимков неба, полученных из нескольких точек орбиты.

звёздный датчик, навигационная модель, астронавигация, управление космическими аппаратами, star tracker, navigation model, astronavigation, spacecraft attitude control

1. Прохоров М., Захаров А. Ориентация и навигация в космосе - новые методы и перспективы // Физика космоса: труды 40-й Международной студенческой научной конференции (Екатеринбург, 31 янв.-4 февр. 2011 г.). - Екатеринбург, 2011. - С. 170-195.

2. Бахшиян Б. Ц., Федяев К. С. Основы космической баллистики и навигации: курс лекций. - М.: ИКИ РАН, 2013. - Серия «Механика, управление и информатика». - 119 с.

3. Lawrence A. Modern Inertial Technology: Navigation, Guidance, and Control. - Springer, 2012.

4. Noureldin A., Karamat T.B. and Georgy J. Fundamentals of Inertial Navigation, Satellite-based Positioning and their Integration. - Springer, 2013.

5. Interferometric closed-loop fiber-optic gyroscopes / Yu.N. Korkishko, V.A. Fedorov, V.Е. Prilutskii, V.G. Ponomarev, I.V. Morev, S.M. Kostritskii // in Proceedings of SPIE, Vol.8351, Third Asia Pacific Optical Sensors Conference, edited by John Canning, Gangding Peng, (SPIE, Bellingham, WA, 2012), 83513L, pp. 83513L-1-83513L-8 (2012).

6. Closed loop fiber optical gyroscopes for commercial and space applications / Yu. Korkishko, V. Fedorov, V. Prilutskii, V. Ponomarev, I. Morev, S. Kostritskii, A.Zuev, V.Varnakov // in Proc. Inertial Sensors and Systems: symposium Gyro Technology 2012. - Karlsruhe, Germany, 2012. - P.14.1-14.15.

7. Software Seminatural Development for FOG Inertial Satellite Navigation System SINS-500 / A.V. Chernodarov, A.P. Patrikeev, Yu.N. Korkishko, V.A.Fedorov, S.E. Perelyaev // Gyroscopy and Navigation. - 2010. - Vol. 1, No. 4. - P. 330-340.

8. Андронов В.Г. Теоретические основы геоорбитального моделирования космических сканерных изображений высокого разрешения: монография / Юго-Зап.гос.ун-т. - Курск, 2012. - 260 с.

9. Андронов В.Г., Волобуев Ю.Н., Заичко В.А. Модель дрейфа связки проектирующих лучей в фокальной плоскости оптико-электронной сканирующей системы // Известия Юго-Западного госу-дарственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. - 2013. - №1. - С.166-170.

10. Андронов В.Г., Волобуев Ю.Н. Кинематическая модель углового движения связки проектирующих лучей в оптико-электронной сканирующей системе // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. - 2012. -№2. - ч.3. - С.218-223.

11. Андронов В.Г., Дегтярёв С.В., Клочков И.А. Общая геоорбитальная модель космической сканерной сьёмки // Геоинформатика. - 2010. - №1. - С.48-52.

12. Андронов В.Г., Клочков И.А., Лазарева Е.В. Общая постановка и решение прямой фотограмметрической задачи для моноскопических космических изображений // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2009. - № 4. - Т.7. - С.33-35.

13. Андронов В.Г., Волобуев Ю.Н., Заичко В.А. Формирование связки проектирующих лучей в космической оптико-электронной сканирующей системе // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. - 2013. - №1. - С.15-19.

14. Андронов В.Г., Клочков И.А., Мордавченко Т.В. Формирование угловых параметров космической сканерной сьёмки в режимах трёхосного программного управления осью визирования КА // Известия Вузов. Геодезия и аэрофотосьёмка. - 2010. - №6. - С.43-47.

15. Андронов, В.Г., Дегтярёв С.В., Клочков И. А. Особенности формирования космических сканерных изображений линейками матриц ПЗС // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2010. - Т.8. № 7. - С.11-15.

16. Андронов В.Г., Клочков И.А., Лазарева Е.В. Общая модель скорости движения космических сканерных изображений в инерциальном пространстве // Известия вузов. Геодезия и аэрофотосьёмка. - 2010. - №4. - С.58-61.

17. Бехтин Ю.С., Емельянов С.Г., Титов Д.В. Теоретические основы цифровой обработки изображений встраиваемых оптико-электронных систем: монография. - М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2016. - 296 с.

18. Методы и системы цифровой обработки аэрокосмических изображений: монография / С.Г. Емельянов, Е.А. Кудряшов, С.Г. Мирошниченко, В.С. Титов. - Новосибирск, 2012. - 175 с.

19. Алгоритм декодирования растровых телематических данных с многоуровневой сегментацией полей переменной длины / С.Г. Емельянов, О.И. Атакищев, Е.А. Титенко, Е.И. Алтухов, А.О. Атакищев // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2013. - №6(51). Ч.2. - С.44-49.

20. Особенности применения метаграматических сетей в задачах моделирования ситуаций для систем обработки космической мониторинговой информации / С.Г. Емельянов, О.И. Атакищев, В.А. Заичко, Е.И. Алтухов, Е.А. Титенко // Известия Юго-Западного государственного университета. - 2013. - №6(51). Ч.2. - С.9-14.