авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Экономически эффективные технологии навигации геостационарных спутников

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Махненко Юрий Юрьевич

ЭКОНОМИЧЕСКИ ЭФФЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НАВИГАЦИИ ГЕОСТАЦИОНАРНЫХ СПУТНИКОВ

Специальность 05.07.09 – Динамика, баллистика,

управление движением летательных аппаратов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в НИИ космических систем им. А.А. Максимова – филиале Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор,

заслуженный деятель науки РФ

Чаплинский Владимир Степанович

Официальные оппоненты:

Член-корреспондент РАН

доктор технических наук, профессор

Чернявский Григорий Маркелович

Доктор технических наук, профессор

Янчик Александр Григорьевич

Доктор технических наук, профессор

Силецкий Анатолий Леонтьевич

Ведущая организация:

Научно-производственное объединение прикладной механики им. Академика М.Ф. Решетнева (г. Железногорск, Красноярский край).

Защита диссертации состоится «25» сентября 2008г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДС 403.003.01 при Государственном космическом научно-производственном центре им. М.В. Хруничева по адресу: 123007, г. Юбилейный, Московская обл., ул. Тихонравова, д. 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИ космических систем им. А.А. Максимова - филиале Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева.

Автореферат разослан « » ________ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Чаплинский В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Известные достоинства геостационарной орбиты (ГСО) – практическая неподвижность относительно земной поверхности находящегося на ней спутника (стационарного искусственного спутника Земли - СИСЗ), значительная зона обслуживания, предопределяют ее широкое использование для космических систем связи, наблюдения, геодезии, метеорологии. Обеспечение необходимых параметров ГСО является классической задачей теории управления, когда состояние системы описывается элементами орбиты СИСЗ, определение состояния выполняется в процессе расчета этих элементов, а корректирующая обратная связь реализуется выполнением маневров. Получение элементов орбиты на заданный момент времени, т.е. навигация СИСЗ, опирается на проведение специальными средствами измерений текущих навигационных параметров (ИТНП) спутника, их статистическую обработку, прогнозирование движения. Способы навигации СИСЗ могут отличаться составом привлекаемых измерительных средств, видов ИТНП, применяемым методом обработки. Выбор того или иного способа определяется необходимостью удовлетворения требований к показателям качества навигационно-баллистического обеспечения (НБО), среди которых наиболее значимыми для СИСЗ являются точность, надежность, экономическая эффективность.



Требования к показателям качества НБО непрерывно возрастают, возникают новые задачи, например, применение СИСЗ как элемента системы траекторного контроля типа американской TDRSS, обеспечение безопасного удержания нескольких СИСЗ в окрестности общей точки стояния на ГСО и пр. Анализ проведенных в рассматриваемой области исследований и разработок в части обеспечения требуемых характеристик качества навигации, реализованных к настоящему времени систем НБО позволяет указать на ряд недостатков:

- значительная часть из применяемых методов и подходов устарели;

- отсутствует полноценный методический аппарат для формулирования требований к показателям качества навигации СИСЗ исходя из задач и особенностей его целевого применения;

- рассматриваются лишь отдельные аспекты проблемы, не учитывается взаимосвязь характеристик привлекаемых измерительных средств, измеряемых параметров, методов их статистической обработки;

- недостаточно подробно рассматриваются вопросы совершенствования системы НБО для решения новых задач.

Предпосылками для удовлетворения возрастающих требований, успешного решения новых задач являются значительный рост точности и многообразия измерительных средств, мощи, возможностей вычислительной техники, разработка методов обработки данных, позволяющих более полно извлекать содержащуюся в ИТНП информацию о параметрах орбиты СИСЗ. Эти предпосылки позволяют существенно повышать те или иные характеристики качества НБО. В частности, может ставиться задача выбора или разработки способов навигации, которые обеспечивают необходимые для функционирования спутника точность и надежность с возможно меньшими эксплуатационными затратами, т.е. экономически эффективно. Практика управления полетом СИСЗ различного назначения убедительно показывает, что для большинства их применений, особенно коммерческих, подобный подход является наиболее целесообразным.

Однако его непосредственная реализация осложняется взаимной противоречивостью показателей качества навигации, сложным влиянием на них различных факторов. Анализ способов учета подобных обстоятельств приводит к необходимости применения комплексного подхода. Он предполагает использование достоверных методов обоснования требований и оценивания показателей качества навигации, тщательный учет тесной взаимосвязи характеристик типов измерительных средств, видов измеряемых ими параметров и методов их статистической обработки для навигации СИСЗ. Подобный комплексный подход может быть объединен концепцией «технология навигации геостационарного спутника».

Цель работы

На основе развития комплексного подхода к выбору способа навигации геостационарного спутника разработать научно обоснованные экономически эффективные технологии навигации, применение которых позволяет снижать эксплуатационные расходы при выполнении требований к точности и надежности.

В соответствии с целью работы проводились исследования по следующим направлениям:

  1. Поиск путей комплексного учета требований к показателям качества навигации СИСЗ для обеспечения возможности сокращения эксплуатационных расходов при сохранении требуемых уровней точности и надежности навигации.
  2. Разработка технологий навигации СИСЗ, обеспечивающих выполнение ими целевых задач при снижении уровня эксплуатационных расходов на НБО.
  3. Экспериментальное исследование разработанных технологий навигации СИСЗ и разработка рекомендаций по их практическому применению.
  4. Обоснование направлений дальнейшего совершенствования технологий навигации отечественных СИСЗ.

Методы исследований

Объектом исследований является система навигационно-баллистического обеспечения управления полетом СИСЗ.

Предметом исследований являются технологии навигации СИСЗ.

При проведении исследований и обоснований используются методы теории вероятностей и математической статистики, теории решения некорректных задач, методы многомерного статистического анализа, математического моделирования, теории оценивания.

На защиту выносятся

  1. Научно обоснованная концепция «технология навигации геостационарного спутника», подразумевающая применение комплексного подхода к обоснованию требований и оцениванию показателей качества навигации, и структурно объединяющая типы измерительных средств, виды измеряемых ими параметров, методы их статистической обработки для навигации СИСЗ.
  2. Комплекс методик для обоснования требований к показателям качества навигации разрабатываемых космических систем с СИСЗ, для оценки точности навигации, а также результаты анализа применяемых и перспективных технологий навигации СИСЗ.
  3. Экономически эффективные однопунктовые технологии навигации СИСЗ.
  4. Экономически эффективные технологии навигации для обеспечения безопасного функционирования СИСЗ, управляемых из различных центров, при их удержании в окрестности общей точки стояния на ГСО.
  5. Рекомендации по совершенствованию разработанных и направлениям развития перспективных технологий навигации отечественных СИСЗ.

Новизна научных результатов диссертации

    1. Выбор способа навигации СИСЗ предложено осуществлять с учетом имеющегося множества типов измерительных средств, видов навигационных параметров, методов обработки навигационных измерений, применяя комплексный подход с использованием оптимизационного критерия, состоящего в обеспечении минимума затрат на эксплуатацию измерительных средств при достаточности достигаемой точности и надежности навигации.
    2. Оценка точности навигации проводится адаптивным непараметрическим методом с использованием вероятностного подхода и извлечением информации о реальных законах распределения ошибок из самой обрабатываемой выборки навигационных определений.
    3. Однопунктовая технология навигации СИСЗ, реализуемая без использования угловых измерений, отличается применением высокоточных модели измерений и модели движения центра масс спутника, а также регуляризирующей процедуры обработки измерений дальности от одной наземной станции на основе метода кросс-проверки.
    4. Однопунктовая технология навигации СИСЗ при его дислокации в особой точке стояния относительно наземной станции отличается отказом от привлечения дополнительных измерительных средств и состоит в применении регуляризирующей процедуры в виде привлечения ковариационной матрицы ошибок уточняемых параметров и выборе значения коэффициента при этой матрице с помощью метода кросс-проверки.
    5. Технологии навигации СИСЗ, управляемых из различных центров, при их удержании в окрестности общей точки стояния на ГСО основаны на формировании и обработке дифференциальных либо совместных измерений с непосредственным уточнением параметров относительного движения спутников, использовании алгоритмов проверки наличия опасного сближения, учитывающих особенности динамики движения и определения орбиты СИСЗ.

Достоверность и обоснованность результатов

обеспечивается аргументированным выбором математического аппарата, основных допущений и ограничений, непротиворечивостью разработанных положений традиционным классическим методам оценивания и подтверждается совпадающими результатами математического моделирования и натурного эксперимента, данными апробации технологий навигации при проведении НБО управления полетом СИСЗ КУПОН, БОНУМ-1, PALAPA-B2R, ЭКСПРЕСС-АМ22, ЭКСПРЕСС-АМ11, ЭКСПРЕСС-АМ1, ЭКСПРЕСС-АМ2, ЭКСПРЕСС-АМ3, KAZSAT-1, 19-ти запусках КА на ГСО с помощью РКН «Протон-М»-«Бриз-М». Результаты диссертации реализованы в Космическом Центре им. Хруничева, ФГУП ОКБ Московского энергетического института, ФГУП «Космическая Связь», в «Республиканском центре космической связи и электромагнитной совместимости» Республики Казахстан. Обоснованность результатов подтверждена 4-мя актами о внедрении и патентом на изобретение.

Научная значимость работы

заключается в развитии теории навигации КА в части разработки системного подхода к выбору и совершенствованию технологий навигации СИСЗ и разработке методического аппарата обоснования требований к показателям качества навигации в космических системах с СИСЗ; в обосновании технологии навигации СИСЗ с использованием только однопунктовых измерений дальности и при его дислокации в особой точке стояния относительно наземной станции; в разработке технологии навигации нескольких СИСЗ для обеспечения их безопасного функционирования в одной точке стояния.

Практическая значимость научных положений, рекомендаций и выводов диссертации заключается в том, что использование разработанных технологий обеспечивает выполнение требований к точности, надежности и безопасности навигации СИСЗ при минимально необходимых затратах ресурсов. Отказ от проведения и обработки угловых измерений при реализации однопунктовой технологии обуславливает возможность упрощения подсистем сопровождения КА и самих антенн измерительных средств, что снижает их стоимость более, чем в 2 раза. Не менее чем на 20-25% снижаются затраты на навигацию СИСЗ при его дислокации в окрестности особой точки благодаря применению предложенной технологии, не требующей привлечения дополнительных измерительных средств. В 1.5-2 раза могут быть снижены расходы на навигацию при обеспечении удержания в окрестности общей точки стояния нескольких СИСЗ, управляемых из разных центров.





Апробация работы и публикации

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 18-ти научных конференциях и совещаниях, наиболее значимыми из которых являются научно-техническая конференция ЦНИИМАШ (1983г.); Межведомственный научно-технический семинар 50 ЦНИИКС МО (1992г.); Конференция операторов/пользователей компании Boeing Company (2000г.), V Межведомственная конференция «Системный анализ и управление космическими комплексами. Исследование и освоение космоса в наступающем веке» (2000г.), Научные чтения памяти основоположников космонавтики (2003г.), XXVI и XXVII академические чтения по космонавтике (2002г. и 2003г.); I-я межведомственная научная конференция Российской Академии Космонавтики (2003г.); XII Санкт-Петербургская международная конференция (2005г.); V научные чтения имени М.К. Тихонравова (2006г.), 1-я Международная научная конференция академий астронавтики (ИАА) и космонавтики (РАКЦ) «Космос для человечества» (2008г.).

Теоретические и практические результаты исследований по теме диссертации изложены в 54 работах (основных 39), в том числе в 11 статьях в журналах, включенных в Перечень ВАК, 3-х монографиях, 1 патенте на изобретение, 1 Предложении в Международный Союз Электросвязи.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, обоснования комплексного подхода к выбору или разработке способа навигации СИСЗ на основе концепции «технология навигации» (глава 1), анализа структурных составляющих технологии навигации (глава 2), изложения сути разработанных методик для определения требований и оценки показателей качества навигации (глава 3), анализа эффективности современных и перспективных технологий навигации (глава 4), описания практических аспектов совершенствования технологий (глава 5), изложения принципов разработанных однопунктовых технологий навигации (глава 6), описания технологий навигации для удержания в окрестности общей точки стояния на ГСО спутников, управляемых из разных центров (глава 7), обоснования направлений дальнейшего развития технологий навигации отечественных СИСЗ (глава 8), заключения, списка литературы.

Работа изложена на 343 страницах, иллюстрирована 29 таблицами и 45 рисунками. Список литературы содержит 137 источников, из них 81 отечественных и 56 иностранных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Концепция «технология навигации геостационарного спутника» непосредственно связана с принципами организации НБО управления его полетом. Эти принципы вытекают из особенностей орбиты, требований к показателям качества навигации для управления движением центра масс СИСЗ различного назначения, возможностей привлекаемых технических средств.

Удовлетворение требований к характеристикам качества навигации, основными из которых для СИСЗ являются точность, надежность, экономическая эффективность, определяет применение того или иного способа контроля параметров его орбиты. Однако, как показывает реальная практика НБО управления полетом, выбор соответствующего способа далеко не всегда является очевидным и однозначным по следующим причинам.

  1. Указанные основные характеристики качества навигации являются во многом противоречивыми. Например, повышение точности навигации обычно достигается за счет расширения состава либо совершенствования применяемых измерительных средств. Это неизбежно увеличивает затраты на реализацию способа навигации, т.е. снижает его экономическую эффективность.
  2. Влияние различных факторов на показатели качества навигации не является очевидным. Так, простое увеличение объемов, видов обрабатываемых измерений не обязательно приводит к повышению точности навигации. Недостатки метода обработки (например, неверный выбор весовых коэффициентов разнотипных измерений) способны приводить к получению более грубых оценок, чем без их добавления.
  3. Значительная часть применяемых в настоящее время методов обработки измерений была создана в условиях, когда возможности применяемых компьютеров существенно сказывались на оперативности решения навигационных задач. Использование устаревших методов ограничивает способность извлечения содержащейся в выборке измерений информации о параметрах орбиты СИСЗ.
  4. Методы обоснования требований и оценивания показателей качества навигации в большинстве случаев основываются на некоторых качественных представлениях либо используют “принцип аналогии” с ранее успешно реализованными проектами.

Анализ перечисленных причин приводит к необходимости применения комплексного подхода к выбору либо разработке нового способа навигации. Он предполагает использование достоверных методов обоснования требований и оценивания характеристик навигации, учет взаимосвязи и взаимовлияния различных факторов. Подобный комплексный подход может быть объединен концепцией “технология навигации геостационарного спутника”.

В рамках этой концепции обоснование способа навигации понимается как оптимизационный процесс выбора из имеющегося множества типов измерительных средств, видов навигационных параметров, способов их обработки некоторого подмножества, удовлетворяющего заданным требованиям к характеристикам качества навигации (рис. 1). Для большинства применений, особенно коммерческих, наиболее целесообразный оптимизационный критерий при таком выборе состоит в обеспечении максимальной экономической эффективности при достаточности уровней точности и надежности.

 Структурные составляющие-0

Рис. 1. Структурные составляющие технологии навигации СИСЗ.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:










 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.