Upload
nasya
View
102
Download
3
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И ТОЧНОСТИ АСТРОИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ А.Б.Гавриленко, И.В. Меркурьев , Московский энергетический институт (технический университет) А.Г. Гладыревский, Е.Е.Семенов ФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «Марс». Докладчик - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ И ТОЧНОСТИ АСТРОИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ
НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ
А.Б.Гавриленко, И.В. Меркурьев, Московский энергетический институт (технический университет)
А.Г. Гладыревский, Е.Е.СеменовФГУП «Московское опытно-конструкторское бюро «Марс»
Докладчик Меркурьев Игорь Владимировичдоктор технических наук,заведующий кафедрой теоретической механики и мехатроники МЭИ (ТУ)
Модульный принцип построения
2
Унифицированная космическая платформа
исполнительныеподсистемы
целеваяаппаратура
служебныйборт
комплексизмерительных
приборов
интегрированнаясистема
управления
наземный комплексуправления
гироскопы
Контроль идиагностика
аппаратураспутниковой
навигации
звездныедатчики
датчикиСолнца и
планет
Решение задачориентации и
навигации
...
Коррекцияприборного
базиса
Калибровкапараметров
модели датчиков
Бортовой цифровой вычислительный комплекс
Парированиеотказов
Управлениедвижением
Формированиетелеметрии
Управлениецелевой
аппаратурой
агрегатыдвигательной
установки
системаэлектроснаб-
жения
целеваяаппаратура
средствапередачи
телеметрии
Введение
С.П.Королев,Б.В.Раушенбах,Б.Е.Черток,В.П.Легостаев,А.Ю.Ишлинский,В.Д.Андреев,Е.А.Девянин,Д.М.Климов, Н.А.Парусников,
и др.
Новые перспективные датчики инерциальной и внешней информации
микромеханический,
волновой твердотельный и электростатический гироскоп, звездные датчик 3
Маятник Фуко, эффект БрайанаТеория вибрационных гироскопов Л.Д.Лисовский, Е.Л.Смирнов, П.Сейвет, Л.З.Новиков, Л.И.Брозгуль, В.А.Матвеев, М.А.Павловский, А.В.Збруцкий, Ю.К.Жбанов, В.Я.Распопов и др. Теория волнового твердотельного гироскопаВ.Ф.Журавлев, Д.М.Климов, Ю.К.Жбанов, Д. Линч, В.А.Матвеев, В.В.Подалков, Г.М.Виноградов, Б.С. Лунин, А.М.Павловский, М.Ю.Шаталов, С.А. Сарапулов и др. Теория электростатического гироскопа Ю.Г.Мартыненко, В.Г.Пешехонов, В.В.Подалков, Б.Е.Ландау, В.З.Гусинский, А.С.Анфиногенов, В.Н.Комаров и др. Теория оптико-электронных звездных приборовЛ.Ф. Порфирьев, В.В. Малинин, В.Ф.Худов и др.
Кассини-Гюйгенс (Cassini-Huygens) — первый искусственный спутник Сатурнас навигационной системой на базе ВТГ. Запущен 15.10.1997 г. Полетное задание до 2012г.Бюджет проекта более $3 млрд.
Новые космические программы
ClearView и NextView — программы дистанционного зондирования Земли сверхвысокого разрешения,эксперимент по проверке общей теории относительностис помощью спутника с навигационной системой на ЭСГ.
Nanospace experiment program — сверхмалые спутники на базе технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС)с навигационной системой на базе ММГ.
4
NASA,ESA,Northrop Grumman, Litton Guidance, Sagem, BAE,Draper Laboratory, Systron Donner, Analog Devices, Murata, Rockwell,
Фед.косм. агентствоРКК «Энергия», РНИИ КП, ЦНИИмаш,ЦСКБ «Прогресс», и др.
КРИТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ РФАвиационная и ракетно-космическая техника,Микросистемная техника
Структура доклада
1. Динамика и модели погрешностей микромеханического вибрационного гироскопа с кольцевым резонатором.
2. Динамика волнового твердотельного гироскопа с полусферическим резонатором. Результаты стендовых испытаний
3. Разработка алгоритмического и программного обеспечения навигационной системы малого космического аппарата
5
66
Динамика кольцевого резонатора волнового твердотельного гироскопа с учетом нелинейных упругих свойств материала
6
*
3
3
*
*
cos sin sin cos
sin cos co
2 0,
s sin2 0,
III III
IV III IV III
x y x y
x y x y
V V V V
V V V V cw
v w w v e w v
SR w v
EI
w v e w
RSR
EIRc qwv
R
=
Bryan, G.H. On the Beats in the Vibrations of a Revolving Cylinder or Bell. -Proc. Camb. Phil. Soc. Math. Phys Sci., 1890, vol.7, pp. 101-111Журавлев В.Ф., Климов Д.М. Волновой твердотельный гироскопЖуравлев В.Ф. Бесплатформенная инерциальная навигационная система минимальной размерности. Изв.РАН МТТ, 2005
1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1
21
2
2 ,2
2 ,2
f x
x yg
yV V
V V
bf g f f u
bg f g g u
2 2 2 2 2 2
2
22
222 2 2 2 2
8 2
5 58 2
5
,
,5
f
g
f g f f bu
g f g g bu
Уравнения колебаний резонатора по первой и второй форме
k=1
k=2
Амплитудно-частотные характеристики
88
Влияние упругой анизотропии монокристаллана собственные частоты резонатора
2
2
ω [1 ] 0,ε( )
+ω [1 ] 0ε( ) .
k k
k
k
k
k k
k k k
f
g
f
g
Величина раздвоения частот от ориентации резонатора в кристаллографических осях
8
Монокристалл гексагональной симметрии
99
Динамика волнового твердотельного гироскопа
9
10 20 30 40 50 60N
3000
2000
1000
1000
2000
3000
x,y
Нормальные формы упругих колебаний свободной кромки резонатора
5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0t с
3
2
1
1
2
3
4G i
Идентификация параметров математической модели волнового твердотельного гироскопа
10
Вектор измерения
Экспериментальные данные предоставлены ЗАО «Инерциальные технологии Технокомплекса» г.Раменское
( , )Tf gx
С N H D G F q x x&
1 0 0 1 cos2 sin 2, , ,
0 1 1 0 sin 2 cos2
0 0 1 cos2 sin 2, , ,
0 1 1 0 sin 2 cos
1
2
С c N n H h
D G F g
5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0t
0 .0 0 5
0 .0 0 5
G i
Разработка алгоритмического и программного обеспечения навигационной системы космического аппарата
Алгоритмы обработки первичной измерительной информации звездного датчика
11
Треки навигационных звезд в поле зрениязвездного датчика
Звездный датчик, Московское КБ «Марс»
Алгоритмы обработки телеметрии космического аппарата
12
Расчетные и измеренные координаты на фотоприемной матрице2 2 2
1 3 1 2 3 1 2 3
2 2 22 3 1 2 3 1 2 3
2 2 2
x = - (μ + μ + μ ) 1 ,
= y - (μ + μ + μ ) 1 ,
x xy x y s s x s
y y xy x s s y s
s x y
Разработка модели систематических ошибок измерений звездного датчика
Калибровка инструментальных погрешностей звездного датчика
13
(18)
2 2 2 2
1,
(1 ( ) ( ) )(1 ( ) ( ) )i j i j
i ji i j j
x x y y
x y x y
r r
, ,x x x y y y
( , ,1) , ( , ,1)T Tx y x y r r
-0.1 -0.075 -0.05 -0.025 0 0.025 0.05
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
150242
325
452
354532
449
468533
7424581
962
1545
1596
929
150242
325
452
354532
449
468533
7424581
962
1545
1596
929
( , ) , ,i ji j i j r r r r
Методика полетной калибровки звездного датчика
2 4 6 8 10
-60
-40
-20
20
40
6020 40 60 80 100
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
Невязки в определении углов между звездамиПоправки к эквивалентному фокусному расстоянию 14
1515
Заключение
•Построены математические модели микромеханического и волнового твердотельного гироскопов.•Рассчитаны уходы из-за нелинейных упругих свойств материала, конечных деформаций резонатора. •Предложены меры направленные на повышение точности гироскопа: - алгоритмы аналитической компенсации систематического ухода в режиме свободных колебаний. - алгоритмы обработки измерений и управления в режиме вынужденного и управляемого движения.•Получены расчетные формулы для масштабного коэффициента, собственной частоты анизотропного резонатора.•Сформулированы требования по точности изготовления анизотропного резонатора.Разработана методика обработки первичных измерительных данных гироскопов и оптико-электронных приборов в целях аналитической компенсации систематических погрешностей. •Разработан испытательный стенд для комплексной отладки бортового программного обеспечения астроинерциальной навигационной системы
15
Внедрение
Монитор-Э КазСат Электро-Л Спектр-Р
Алгоритмическое и программное обеспечение •цифрового имитатора комплекса командных приборов РБ «Бриз-М»,•оптико-электронного звездного датчика,•автономных и комплексных стендовых испытаний датчиков МКА
Московское КБ «Марс» Федерального космического агентства РФ
Алгоритмическое и программное обеспечение калибровки параметров модели уходов ММГ и ВТГ.обработка экспериментальных данных ММГ и ВТГ.
«Инерциальные технологии Технокомплекса» г.Раменское