Разработка математических моделей, алгоритмов и программного обеспечения для выбора предпочтительных мест установки антенн системы спутниковой навигации - Курсовая работа

На современных космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ - далее для краткости КА)устанавливается аппаратура навигационной системы, которая используется для определения параметров движения центра масс КА и привязки снимаемых объектов к геодезическим координатам Земли. При этом эти навигационные спутники должны быть видимы с КА, т.е. находиться в области диаграмм направленности (ДН) антенных устройств (АУ), а ДН АУ, принимающих навигационные, сигналы не должны быть экранированы корпусом и навесными элементами конструкции КА. На решение этой задачи, кроме упомянутых выше условий, влияют также следующие факторы: - параметры орбиты и изменение пространственных координат КА в процессе орбитального движения;Для решения поставленной задачи необходимо: - выбрать показатель и критерий эффективности, в соответствии с которыми будут рассчитываться и выбираться предпочтительные места установки приемных антенн навигационной системы на КА;В качестве показателя эффективности предлагается использовать относительное время нахождения приемных антенн ССН в условиях взаимной видимости (радиовидимости) не менее заданного (k ) количества навигационных спутников (), а в качестве критерия - максимальное значение этого показателя ).В данной работе для оценки значений критериального параметра( ) выбран метод имитационного моделирования, так как с помощью аналитических зависимостей невозможно учесть такое большое количество факторов, влияющих на результат.На этой схеме введены следующие обозначения: 1 - приемная антенна; 2 - направление на НС; НП - направление полета.Организуется имитация орбитального движения КА и навигационных спутников, а также имитация программных разворотов КА. В каждый момент времени имитации полета строится единичный вектор направления от приемной антенны поочередно к каждому из навигационных спутников и проверяются условия их взаимной видимости с учетом экранирования Землей по разработанным моделям. Если этот угол косинус угла положительный, то навигационный спутник находится в полупространстве, в котором установлена приемная антенна КА (НС не затенен корпусом КА и навесными элементами конструкции). Если это количество больше заданного (k), то рассчитывается время и относительное время радиовидимости навигационных спутников с приемных антенн КА.Форма Земли - сферическая, однако для расчета параметров орбит используются уравнения эллиптического движения с периодической коррекцией расчетных значений долготы восходящего узла (прецессии орбиты) и аргумента перигея в процессе длительного полета, вызванных несферичностью Земли (учитываются вековые возмущения от второй зональной гармоники в разложении геопотенциала).Для запуска программы должны быть заданы параметры орбит КА наблюдения и навигационных спутников: i - наклонение плоскости орбиты, - долгота восходящего узла, w-аргумент перигея, и - высоты перигея и апогея КА наблюдения и всех навигационных спутников, RЗ - радиус Земли, шаг расчета по времени , среднее время перенацеливания КА с одного объекта наблюдения на другой и др.[1]. Остальные исходные данные получаются как промежуточный результат вычислений в процессе работы модернизированного программного обеспечения [1], а именно: модуль радиуса-вектора КА , долгота и широта подспутниковой точки КА на поверхности Земли в каждый момент времени имитационного моделирования.Определяются координаты КА в геоцентрической гринвичской системе координат (СК) для каждого момента времени имитации полета Определяются координаты i-го навигационного спутника также в геоцентрической гринвичской системе координат (в первом цикле ) Рассчитываются координаты единичного вектора направления от КА ДЗЗ к навигационному спутнику (далее для краткости вектора , см. рис. Если выполняется условие (навигационный спутник виден с КА наблюдения), то выполняется пункт 8 алгоритма. Для варианта компоновки КА наблюдения и схемы полета, когда ось базовой системы координат КА направлена в надир (см. рис.Разработанные модели и алгоритм можно использовать при проектировании КА ДЗЗ для выбора предпочтительных мест установок приемных антенн навигационной системы на корпусе КА по критерию (максимума относительного времени нахождения приемных антенн ССН в условиях взаимной видимости с навигационными спутниками, числом не менее заданного).

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Этапы решения

2. Критерий выбора проектных решений

3. Метод моделирования

4. Расчетная схема

5. Суть моделирования

6. Основные допущения

7. Исходные данные

8. Алгоритм и используемые математические модели

9. Вывод

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

На современных космических аппаратах дистанционного зондирования Земли (КА ДЗЗ - далее для краткости КА)устанавливается аппаратура навигационной системы, которая используется для определения параметров движения центра масс КА и привязки снимаемых объектов к геодезическим координатам Земли. Одним из требований для получения высокоточной информации от этой аппаратуры является получение сигналов от не менее определенного количества навигационных спутников (НС), как правило, не менее четырех. При этом эти навигационные спутники должны быть видимы с КА, т.е. находиться в области диаграмм направленности (ДН) антенных устройств (АУ), а ДН АУ, принимающих навигационные, сигналы не должны быть экранированы корпусом и навесными элементами конструкции КА. То есть, должно быть соблюдено условие радиовидимости.

В этой связи появляется проектная задача выбора мест установки АУ навигационной системы на КА. На решение этой задачи, кроме упомянутых выше условий, влияют также следующие факторы: - параметры орбиты и изменение пространственных координат КА в процессе орбитального движения;

- количество действующих навигационных спутников в глобальной навигационной спутниковой системе (ГНСС), параметры орбит каждого из НС (относительное расположение НС) и изменение пространственных координат каждого НС в процессе их орбитального движения;

- прецессии орбит КА и навигационных спутников в процессе их длительного функционирования;

- повороты КА в процессе целевого функционирования (перенацеливание для съемки наземных объектов, ориентация панелей солнечной батареи на Солнце, астроориентация и др.);

- конфигурация корпуса КА, расположение и форма панелей солнечных батарей, рефлекторов остронаправленных антенн и др.

Разработанные модели и алгоритм можно использовать при проектировании КА ДЗЗ для выбора предпочтительных мест установок приемных антенн навигационной системы на корпусе КА по критерию (максимума относительного времени нахождения приемных антенн ССН в условиях взаимной видимости с навигационными спутниками, числом не менее заданного). Для этого необходимо модернизировать ранее созданное программное обеспечение для оценки целевых показателей эффективности КА наблюдения [1].

Основы устройства и моделирования целевого функционирования космических аппаратов наблюдения: учебное пособие / В. И. Куренков, В. В. Салмин, Б. А. Абрамов. - Самара: Издательство Самарского государственного аэрокосмического университета, 2006. - 178 с.

Моделирование целевого функционирования космических аппаратов наблюдения с учетом энергобаланса: учебное пособие / В. И. Куренков, В. В. Салмин, Б. А. Абрамов. - Самара: Издательство Самарского государственного аэрокосмического университета, 2007 - 160 с.

СТО СГАУ 02068410-004-2007. Общие требования к учебным текстовым документам. Самара 2007.

Размещено на .