Метод відносної навігації для орбітальних об'єктів

Abstract

Сьогодні проблема космічного сміття є вельми актуальною, бо кількість уламків штучного походження у навколоземному просторі робить небезпечними подальші космічні польоти. Пропонуються різні програми по знищенню такого сміття, але є багато наукових і технологічних проблем для їх реалізації. Однією з таких проблем є відстеження пасивного орбітального об'єкту та прогнозування його руху в умовах втрати контакту з ним з борту іншого апарату. Особливістю такої задачі є те, що для пасивного об'єкту можливі тільки відносні виміри, а вихідна модель його руху апріорі не повна. У зв'язку з цим у статті викладено результати вирішення навігаційної задачі для двох орбітальних об'єктів, один з яких є активним, другий ‒ пасивним. На першому об'єкті розміщена навігаційна система, яка містить систему визначення орієнтації, обчислювач, приймач сигналів GPS, радіотехнічну слідкуючу систему. Задача полягає у розробці алгоритмів визначення поточних координат та швидкості за наявними вимірами від GPS для першого об'єкту та відносними вимірами віддаленості між об'єктами та напряму лінії візування до пасивного об'єкту від слідкуючої системи для другого об' єкту. В обох випадках використовується 9- вимірний розширений фільтр Калмана у дискретному вигляді. Корекція здійснюється за замкненою схемою. Додатковою компонентою вектору стану фільтру призначено поправку до модельного прискорення, яка визначається у процесі фільтрації. Шляхом моделювання обгрунтовано вибір саме такого фільтру серед інших схем корекції. Виявлено необхідність спеціального налаштування обраного фільтру під конкретні умови функціонування. Описано алгоритм розв'язку задачі та наведено конкретні формули для налаштування розширеного фільтру, а саме для обрання матриць дисперсій вхідних шумів. Now the problem of space debris is relevant, because the amount of artificial debris in near-Earth space makes further space flights dangerous. Various programs are proposed to destroy such waste, but there are many scientific and technological challenges to their implementation. One of such problems is tracking a passive orbital object and predicting its motion in the event of loss of contact with it from another device. The peculiarity of such a problem is that only relative measurements are possible for a passive object, and the initial model of its motion is a priori incomplete. In this regard, the article presents the results of solving the navigation problem for two orbital objects, one of which is active, the second is passive. The first object is equipped with a navigation system that includes an orientation determination system, a computer, a GPS signal receiver, and a radio-technical tracking system. The task is to develop algorithms for determining the current coordinates and speed based on available measurements from GPS for the first object and relative measurements of the distance between the objects and the direction of the line of sight to the passive object from the tracking system for the second object. In both cases, a 9-dimensional extended Kalman filter in discrete form is used. Correction is carried out according to a closed-loop scheme. An additional component of the filter state vector is assigned to the correction to the model acceleration. The choice of such a filter among other correction schemes is justified by modeling. The need for special tuning of the selected filter for specific operating conditions is identified. The algorithm for solving the problem is described and specific formulas for tuning the extended filter are given, namely for selecting the input noise dispersion matrices.