Метод відносної навігації для орбітальних об'єктів

Анотація

Сьогодні проблема космічного сміття є вельми актуальною, бо кількість уламків штучного походження у навколоземному просторі робить небезпечними подальші космічні польоти. Існують 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 задача 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. Моделювання роботи фільтрів для конкретних моделей похибок GPS та слідкуючої системи демонструє покращення точності визначення координат відносно точності GPS для активного об'єкту до 10 разів, для пасивного об'єкту в 3‒4 рази. Додатково оцінюються також поправки до модельного прискорення, які зменшують рівень невизначеного фактичного прискорення в рази. Така властивість корисна в автономному режимі навігації, коли тимчасово відсутні ті чи інші зовнішні виміри. Проаналізовано аспекти практичної реалізації алгоритмів у складі бортового програмного забезпечення.