Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат наук Рябогин, Николай Владимирович

• Рябогин, Николай Владимирович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Рябогин, Николай Владимирович

Оглавление

Стр.

Введение

Глава 1. Обзор решений задачи определения параметров ориентации космических аппаратов

1.1. Анализ бортовых комплексов управления космическими аппаратами в части определения параметров ориентации

1.2. Анализ состояния и перспектив приборного состава

1.2.1. Гироскопические измерительные приборы

1.2.2. Звездные приборы

1.3. Анализ алгоритмов обработки информации

1.4. Выводы по главе

1.5. Постановка задачи по итогам анализа

Глава 2. Построение системы информационного обеспечения

2.1. Анализ работы системы информационного обеспечения

2.2. Методика определения точностных характеристик системы информационного обеспечения космического аппарата

2.2.1. Системы координат космического аппарата

2.2.2. Приборный состав бортового комплекса управления космическим аппаратом

2.2.3. Определение суммарной погрешности ориентации космического аппарата

2.3. Требования для обеспечения прецизионной точности определения ориентации космического аппарата

2.4. Предлагаемый алгоритмический состав системы информационного обеспечения

Стр.

2.5. Предложения по использованию современных графических средств системного анализа в задачах разработки и отработки программного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами

2.5.1. Особенности процесса разработки бортового программного обеспечения

2.5.2. Использование современных графических средств системного анализа

2.5.3. Примеры применения диаграмм состояний в разработке программного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом

2.5.4. Применение диаграмм состояния при анализе нештатных ситуаций

2.6. Модули программного обеспечения системы информационного обеспечения

2.7. Выводы по главе

Глава 3. Разработка алгоритмов системы информационного

обеспечения

3.1. Структура комплексной обработки информации инерциального измерительного блока и звездного прибора

3.2. Алгоритм двухточечной калибровки дрейфов гироскопов

3.3. Алгоритм комплексирования

3.3.1. Модель углового движения космического аппарата

3.3.2. Редуцирование задачи оценивания и вектора состояния

3.3.3. Алгоритм оценивания при комплексировании информации

3.3.4. Стохастический анализ точности редуцированного алгоритма

3.3.5. Описание функционирования алгоритма комплексирования

3.4. Комплексирование информации двух звездных приборов

Стр.

3.5. Циклограмма работы алгоритмов системы информационного

обеспечения

3.6. Выводы по главе

Глава 4. Исследование работы прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космического аппарата научного назначения

4.1. Применяемые моделирующие стенды и модели

4.1.1. Стенд математического моделирования

4.1.2. Имитационное программное обеспечение стенда математического моделирования

4.1.3. Модели движения центра масс космического аппарата

4.1.4. Модели движения космического аппарата вокруг центра масс

4.1.5. Прототипы бортового программного обеспечения

4.1.6. Модель инерциального измерительного блока

4.1.7. Модель звездного прибора

4.2. Исследуемый объект

4.3. Экспериментальная отработка алгоритмов

4.4. Выводы по главе

Общие выводы и заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование прецизионной системы информационного обеспечения бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения»

Введение

Представить современную жизнь без использования космических аппаратов (КА) практически невозможно. На КА возложено решение множества повседневных задач, как утилитарных, так и высоконаучных. По функциональному назначению КА делятся на следующие группы:

- телекоммуникационные КА;

- КА глобальных навигационных систем;

- КА дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и метеорологические;

- КА обнаружения угроз;

- КА научного назначения.

Для указанных групп КА используются различные типы целевых орбит. Так, КА связи выводятся на круговые геостационарные орбиты (ГСО), высокоэллиптические (типа «Молния»), а также на низкие околоземные орбиты (система «Гонец» и т.д.). КА ДЗЗ, как правило, работают на низких круговых орбитах, метеоспутники как на низких околоземных орбитах, так и на ГСО и высокоэллиптических. КА научного назначения, в зависимости от решаемых задач, могут иметь разнообразные высокоэллиптические (КА «Спектр-Р»), эллиптические, круговые, солнечно-синхронные орбиты с размещением КА в точках Лагранжа и т.д.[1].

Следует отметить, что уже более 20 лет большие КА реализуются по модульному типу: создается унифицированная служебная платформа (борт), единая для целого ряда КА, на которую устанавливается различная целевая аппаратура. Примером могут служить платформы: «Alphabus» (ЕКА, Inmarsat и др.), «SA-200HP» (США, NASA, GeoEye), «AstroSat-250» (EADS, SEOSat, SPOT), «Экспресс-2000» (ИСС им. Решетнева, Экспресс-АМ5, 6), «Экспресс-4000» (ИСС им. Решетнева, Енисей), «Eurostar-3000» (ИСС им. Решетнева, Экспресс-АМ4),

платформа ГКНПЦ им. Хруничева (КазСат, Экспресс-МД1, 2) и «Навигатор» (НПО им. Лавочкина, Электро-Л1, 2, Спектр-Р) [1], [2], [3].

За время, прошедшее с запуска первого КА, отечественными и зарубежными специалистами накоплен громадный опыт в разработке БКУ КА. Выпущены работы, которые описывают общие подходы и технологии проектирования БКУ КА [108], [109], [110], [111], [129], [130], [132], [136], так и специализированные задачи, например, определение параметров ориентации КА [46], [48], [49], [50], [51], [52].

Задача определения параметров ориентации КА за годы разработок рассматривалась многими специалистами [52], [54], [55], [56], [57], [58], [59], [60], [65], [66] и реализуется бортовым комплексом управления (БКУ), который и обеспечивает требуемые точности ориентации. Типовая обобщенная схема БКУ современного КА представлена на Рисунке В.1. С первых работ [50], [51], [52], предлагающих использование векторов поворота в задачах ориентации КА и определения параметров ориентации по наблюдаемым источникам, до настоящего дня предложено множество частных решений задачи определения параметров ориентации.

Принимая во внимание то, что КА носит утилитарный характер, то и задачи определения параметров ориентации КА, в частности задачи фильтрации информации измерителей, калибровки инерциальных измерительных блоков, юстировки измерительных приборов и целевой аппаратуры, как и точность обозначенных операций, также носят утилитарный характер.

К примеру, телекоммуникационные КА и КА ДЗЗ, в виду возлагаемых на целевую аппаратуру задач, не требуют высокой точности определения параметров ориентации связанной системы координат КА в БКУ, а также и поддержания ориентации.

СОТР

сэс

[V /-

тмс

[V /-

БАКИС

N-V-

ОНА

V /-

АФС

N/-

СС

V

БКУ

I

БВС

БСА ^—

ACH

КМИО

=>

/ ч \ /

БАС

а

ЦА

о

о

ьБУЦА <

БСЧ

ВИРК

...л-..

П1

4—►

П2

ACH - аппаратура спутниковой навигации;

АФС - антенно-фидерная система;

БАКИС - бортовая аппаратура командно-

измерительной станции;

БАС - блок аналоговых сигналов;

БВС - бортовая вычислительная система;

БКУ - бортовой комплекс управления;

БСА - блоки силовой автоматики;

БСЧ - бортовой стандарт частоты;

БУЦА - блок управления ЦА;

ВИРК - высокоинформативный радиокомплекс;

ДУ - двигательная установка;

ЗП - звездный прибор;

ИИБ - инерциальный измерительный блок;

ИО - исполнительные органы (двигатели-

маховики, силовые гиродины);

КМИО - комплект магнитных исполнительных

органов;

ММ - магнитометр;

ОНА - остронаправленная антенна;

П1, П2 - прибор 1, прибор 2;

СОТР - система обеспечения тепловых

режимов;

СС - смежные системы; СЭС - система электроснабжения; ТМС - телеметрическая станция; ЦА - целевая аппаратура;

Рисунок В.1. Обобщенная структурная схема БКУ КА

Целевая аппаратура КА научного назначения решает исключительные задачи, накладывая соответствующие требования на параметры БКУ, конкретно требования по ошибке определения параметров ориентации и стабилизационным отклонениям. Перед КА научного назначения ставятся следующие задачи:

- изучение строения физических процессов в ядрах галактики;

- изучение темной материи и темной энергии во Вселенной;

- изучение структур и динамики областей формирования звезд и планетных систем;

- исследование структуры черных дыр;

- поиск новых и изучение известных галактических и внегалактических дискретных источников гамма-излучения сверхвысокой энергии, в частности, остатки сверхновых, пульсары, микроквазары, галактики с активными ядрами, блазары, квазары; измерение их энергетических спектров и светимости;

- отождествление дискретных гамма-источников с известными источниками излучения в других диапазонах энергии, в том числе, и с дискретными источниками;

- регистрация высокоэнергетического гамма-излучения и потоков электронов и позитронов от солнечных вспышек;

- и т.д.

Реализация всех перечисленных задач требует прецизионного определения параметров ориентации и наведения научного КА.

Основным разработчиком КА научного назначения в России является НПО имени С. А. Лавочкина. Программа аппаратов, направленных на изучение космического пространства, реализована серией КА «Спектр», основанных на унифицированной платформе «Навигатор». Проект был начат еще в 80 годах 20 века, однако по ряду обстоятельств, запуск первого в серии КА «Спектр-Р» был осуществлен только 18 июля 2011 года.

КА проекта «Спектр» отличают высокие требования к точности определения ориентации и стабилизации. Требования технического задания на БКУ КА «Спектр-Р» составляют 18 угловых секунд для случайной ошибки ориентации и 5 угловых секунд на стабилизационные отклонения. Эти требования были успешно обеспечены, во многом благодаря реализованной в БКУ КА (разработки МОКБ «Марс») комплексной обработке измерительной информации приборов ГИВУС КИНД34-020 (разработки НИИ прикладной механики имени Кузнецова) и звездных приборов АД-1 (разработки МОКБ «Марс»).

Требования к другим КА серии «Спектр» («Спектр-УФ», «Спектр-М») в части точности определения и поддержания ориентации выше требований к КА «Спектр-Р», что связано с требованиями по функционированию устанавливаемой на КА ЦА.

Однако, невозможность воспроизведения ЗП АД-1, высокая стоимость ОКР по замещению прибора АД-1 аналогом и время разработки нового прибора-аналога определяют необходимость поиска новых решений для обеспечения требований ТЗ к КА серии «Спектр».

Решением задачи определения и расчета данных об ориентации ССК КА в БКУ КА серии «Спектр» на платформе «Навигатор» занимается система информационного обеспечения (СИО). СИО является функциональным объединением датчиков первичной информации и программного обеспечения (ПО), размещаемого в БВС БКУ. СИО предназначена для формирования необходимой измерительной и расчетной информации, обеспечивающей решение задач управления и контроля во всех режимах функционирования КА.

В настоящее время, основными приборами определения ориентации во многих БКУ КА являются инерциальные измерительные блоки (ИИБ) и звездные приборы (ЗП). ИИБ - гироскопический прибор, определяющий проекции угловой скорости приборной системы координат. ЗП - оптический прибор, определяющий ориентацию приборной системы координат в инерциальном пространстве. Основными источниками погрешностей при применении ИИБ и ЗП являются:

дрейф измерительных каналов ИИБ; перекосы систем координат измерительных каналов ИИБ; ошибки масштабных коэффициентов измерительных каналов ИИБ; высокочастотная ошибка определения ориентации ЗП.

Для компенсации погрешностей существует набор разработанных методик и алгоритмов. Так во многих работах зарубежных авторов для КА научного назначения предлагаются алгоритмы калибровки ИИБ [99], [100], [101], [102], [103], [104], [105], [106], [107], [108]. Эти алгоритмы используют модели высокого порядка и не могут применяться в условиях ограничений вычислительных ресурсов БКУ.

Существуют решения по фильтрации измерений ЗП для компенсации высокочастотной ошибки определения ориентации ЗП [65], [66], [67]. Иногда для компенсации предлагается использовать ИИБ [9], [10], [29], [43], [136].

Перечисленные алгоритмы предложены при решении определенных задач, возникающих при разработке КА. Однако применение этих решений в составе БКУ КА серии «Спектр» невозможно из-за значительных вычислительных ресурсов, требуемых при реализации в БКУ, которыми не располагает вычислительная система БКУ КА серии «Спектр». Для обеспечения в БКУ КА серии «Спектр» прецизионного определения ориентации необходимо разработать алгоритмы, обладающие относительной вычислительной простотой и не требующие значительных вычислительных ресурсов.

В настоящей работе представлено решение следующей задачи: разработка и исследование системы информационного обеспечения бортового комплекса управления КА серии «Спектр», обеспечивающей заданные требования по точности определения ориентации. Принимая во внимание имеющийся технический задел МОКБ по алгоритмам БКУ КА серии «Спектр», разработка должна основываться на существующих алгоритмах смежных СИО подсистем БКУ, протоколах взаимодействия программных подсистем БКУ и не затрагивать смежные системы, и минимальными доработками БКУ в целом (Рисунок В.2). Предложенные автором в работе алгоритмы, обеспечивающие прецизионное

определение параметров ориентации, отличаются от известных вектором оцениваемых параметров, принципами фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездного прибора и относительной вычислительной простотой.

Бортовой комплекс управления космическим аппаратом научного назначения, с вновь разработанной СИО, должен обеспечивать определение ориентации ВСК КА относительно 2ЭСК (без учета погрешности взаимной привязки ПСК КП и ВСК) с предельной погрешностью (3о) не более 10" по каждой из осей ВСК при неподвижных элементах конструкции КА, вне участков коррекции орбиты и разгрузки двигателей-маховиков. Разность между максимальным и минимальным значениями стабилизационного отклонения по угловой координате в инерциальном пространстве не должна превышать 5".

Рисунок В.2. Схема взаимодействия СИО с подсистемами БКУ и приборами

Целью диссертационной работы является разработка прецизионной системы информационного обеспечения, отвечающей заданным требованиям по точности определения ориентации бортового комплекса управления космическим аппаратом научного назначения. Объектом исследования являются бортовые комплексы управления космическими аппаратами, в частности системы определения параметров ориентации, системы информационного обеспечения и системы измерений БКУ КА. Предметом исследования являются алгоритмы и способы обеспечения точностных требований к системе информационного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами.

Для достижения цели в данной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследованы существующие алгоритмы, обеспечивающие точное определение параметров ориентации. Определены недостатки исследованных алгоритмов, сформулированы требования к необходимым алгоритмам;

2. Проведен анализ существующих приборов и определена возможность создания системы, обеспечивающей прецизионное определение параметров ориентации, на основе этих приборов. Определены перспективы развития приборов для системы прецизионного определения параметров ориентации;

3. Разработана методика оценки точности определения ориентации БКУ КА различного назначения, которая обобщает частные задачи оценки точности параметров ориентации;

4. Разработана структурно-функциональная схема системы информационного обеспечения, включающая в себя имеющийся задел по алгоритмам СИО и вновь разработанные автором алгоритмы;

5. Разработан алгоритм комплексирования информации инерциального измерительного блока и звездных приборов, отличающийся низкими требованиями к вычислительным ресурсам БКУ;

6. Разработана модель виртуального звездного прибора. Модель использует природу распределения высокочастотной погрешности звездного прибора на оси приборной системы координат, обеспечивая формирование данных об ориентации виртуального прибора по информации от двух работающих звездных приборов;

7. Разработаны вспомогательные алгоритмы обеспечения точности определения ориентации: алгоритм калибровки дрейфов ИИБ и алгоритм фильтрации высокочастотной погрешности звездных

приборов. Алгоритмы также отличаются низкими требованиями к вычислительным ресурсам БКУ; 8. Проведено моделирование функционирования разработанных алгоритмов в составе бортового комплекса управления космического аппарата на стенде математического моделирования. Подтверждена правильность принятых при разработке алгоритмов допущений. Подтверждено выполнение требований по точности определения параметров ориентации.

К числу новых научных результатов относятся:

1. Комплекс алгоритмов, обеспечивающих автономное (без связи с наземным комплексом управления) прецизионное определение ориентации, эффективную фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности различных звездных приборов с применением информации от различных инерциальных измерительных блоков;

2. Алгоритм комплексирования информации звездных приборов и инерциальных измерительных блоков в системе информационного обеспечения, основанный на редуцированном фильтре Калмана. Алгоритм позволяет применять различный по характеристикам набор инерциальных измерительных блоков и звездных приборов. Отличительной чертой алгоритма является то, что оценивается только вектор малого поворота между истинной (по данным ЗП) и рассчитанной (по данным ИИБ) ориентацией в совокупности с расчетом ковариационных матриц и матрицы коэффициентов усиления с частотой меньшей частоты формирования оценки;

3. Алгоритм фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездных приборов на базе совместной обработки информации с двух одновременно работающих звездных приборов. Особенностью алгоритма является фильтрации измерительной информации звездных приборов за счет использования модели виртуального звездного прибора без внесения дополнительного запаздывания;

4. Алгоритм двухточечной калибровки дрейфов гироскопов инерциальных измерительных блоков бортовых комплексов управления. Отличие алгоритма заключается в оценке дрейфов гироскопов по двум точкам получения данных об ориентации КА от ЗП.

Практическая ценность работы заключается в реализации разработанных алгоритмов в бортовом комплексе управления, обеспечивающих выполнение требований по точности ориентации и эффективную фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности различных звездных приборов при использовании различных инерциальных измерительных блоков, а также в снижении требований к вычислительным ресурсам БКУ КА.

Теоретическая ценность работы заключается в разработанных новых алгоритмах прецизионного определения ориентации, фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездных приборов и комплексирования информации в системах информационного обеспечения широкого класса КА. Алгоритмы разработаны на основе обоснованной редукции и использовании природы распределения погрешностей измерителей.

При решении задач диссертационной работы широко применялись методы и методики теории оценивания и фильтрации, обработки информации, математического моделирования и аналитических вычислений.

На защиту выносится программно-алгоритмическое решение задачи обеспечения требований по точности определения параметров ориентации научных КА, включающее:

- алгоритм комплексирования информации звездных приборов и инерциальных измерительных блоков в системе информационного обеспечения;

- алгоритм фильтрации высокочастотной шумовой погрешности звездных приборов на базе совместной обработки информации с одновременно работающих звездных приборов;

- алгоритм двухточечной калибровки дрейфов гироскопов инерциальных измерительных блоков бортовых комплексов управления;

- комплекс алгоритмов, включающий в себя ранее и вновь разработанные алгоритмы, обеспечивающие эффективную фильтрацию высокочастотной шумовой погрешности различных звездных приборов с применением информации от различных инерциальных измерительных блоков. Комплекс обладает возможностью использования части алгоритмов, предоставляя различную точность определения параметров ориентации.

Достоверность результатов подтверждается результатами математического моделирования, результатами отработки и испытаний, проведенных на стендах моделирования, результатами летно-конструкторских испытаний.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы применены в разработанных ФГУП МОКБ «Марс» БКУ КА «Спектр-РГ», «Спектр-УФ», «Казсат-2», «Обзор-О», докладывались и обсуждались на ряде научных конференций:

1. II Всероссийская научно-техническая конференция МОКБ «Марс», (Москва, 2012 г.)

2. XXXVII Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2013 г.)

3. Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации. XXII Международный научно-технический семинар, (Алушта, 2013 г.)

4. XXXVIII Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2014 г.)

5. XVIII Международная научная конференция «Решетневские чтения», (Красноярск, 2014 г.)

6. XXXIX Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2015 г.)

7. III Всероссийская научно-техническая конференция МОКБ «Марс», (Москва, 2015 г.)

8. XL Академические чтения по космонавтике, (Москва, 2016 г.)

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в 10 научных работах, в том числе в 5 статьях, опубликованных в журналах, входящих в перечень рецензируемых журналов ВАК РФ. По результатам исследований получены четыре патента Российской Федерации.

Список публикаций

1. Способ функционального контроля и резервирования плат измерительного канала угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2490697 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий

A.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С.; опубл. 2012.

2. Способ измерения вектора угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2519603 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий А.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С., Самус П.А.; опубл. 2012.

3. Способ ориентации космического аппарата по углу крена и устройство для его реализации: патент №2567312 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Соколов

B.Н., Сыров А.С., Самус П.А., Лащев А.Я.; опубл. 2015.

4. Способ ориентации космического аппарата по углу крена и устройство для его реализации: патент №2564936 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Соколов В.Н., Сыров А.С., Лащев А.Я.; опубл. 2015.

5. Рябогин Н.В. Калибровка дрейфов датчиков угловой скорости космических аппаратов по информации от звездных датчиков при вращении вокруг произвольной оси. Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами: Тезисы докладов II Всероссийской научно-технической конференции. М.: МОКБ «Марс», 2012. С. 42-43. (0.125 пл/ 0.125 пл)

6. Рябогин Н.В., Задорожная Н.М. Влияние упругих деформаций корпуса космического аппарата на точность ориентации целевой аппаратуры //

Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013. URL: http ://eng ournal.ru/ catalog/it/asu/523.html

7. М.М. Лисаков, С.М. Войнаков, А.С. Сыров, В.Н. Соколов, Д.А. Добрынин, М.А. Шатский, Р.А. Комальдинова, В.В. Сосновцев, Т.Б. Вьюницкая, Н.В. Рябогин, Е.Н. Филиппова. Работа системы ориентации космического аппарата Спектр-Р // Космические исследования. 2014. Т. 52. С. 399-407. (0.5 пл/ 0.2 пл)

8. Н.В. Рябогин, Н.М. Задорожная, А. С. Сыров. Анализ требований к точностным характеристикам космических аппаратов // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXVIII Академических чтений по космонавтике. Москва, январь 2014 г./ Под общей редакцией А.К. Медведевой. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2014. С. 497-498. (0.06 пл/ 0.06 пл)

9. Н.В. Рябогин, Н.М. Задорожная, А. С. Сыров. О построении навигационной системы космического аппарата // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXIX Академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых-пионеров освоения космического пространства. Москва, 27-30 января 2015 г. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 419. (0.06 пл/ 0.06 пл)

10.Н.В. Рябогин, А.С. Сыров, В.Н. Соколов, Д.А. Добрынин, М.А. Шатский, Р.А. Комальдинова, В.В. Сосновцев, Т.Б. Вьюницкая. Функционирование системы управления космическим аппаратом «Спектр-Р» - проекта «Радиоастрон» // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXIX Академических чтений по космонавтике, посвященных памяти академика С.П. Королева и других выдающихся отечественных ученых-пионеров освоения космического пространства. Москва, 27-30 января 2015 г. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015. С. 398. (0.06 пл/ 0.06 пл)

11.Н.В. Рябогин, Н.М. Задорожная, А. С. Сыров. Исследование и разработка путей улучшения характеристик БКУ для КА различного назначения // Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П.

Королева и других выдающихся отечественных ученых - пионеров освоения космического пространства : сборник тезисов / Российская академия наук, Государственная корпорация по космической деятельности «РОСКОСМОС», Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. - Москва: МГТУ им. Н.Э. Баумана 2015. С. 351. (0.06 пл/ 0.06 пл)

12.Соловьев И.В., Рябогин Н.В. Метод полетной калибровки резервированного гироскопического измерителя вектора угловой скорости космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016. №3. С. 11-21. (0.68 пл/ 0.1 пл)

13.Рябогин Н.В., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Методика оценки точности определения ориентации космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016. №7. С. 10-23. (0.875 пл/ 0.8 пл)

14.Рябогин Н.В., Шатский М.А., Косинский М.Ю., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Применение SysML в задачах разработки и отработки программного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами // Программная инженерия. 2016. Т. 7. №8. С. 373-382. (0.625 пл/ 0.3 пл)

Глава 1. Обзор решений задачи определения параметров

ориентации космических аппаратов

Новые задачи освоения околоземного космического пространства и изучения дальнего космоса требуют высокой точности определения ориентации бортовых комплексов управления перспективных научных космических аппаратов, в частности систем информационного обеспечения, оказывающих определяющее влияние на их целевую эффективность в целом. В связи с этим исследование путей улучшения характеристик БКУ по точности определения ориентации космических аппаратов, основанных на разработке и внедрении приборов нового поколения и перспективных технологий их применения, приобретает особую актуальность.

Технический уровень систем управления космическими аппаратами определяется уровнем их информационно-измерительных подсистем, который в свою очередь зависит от совершенства используемых приборов, датчиковой аппаратуры, средств и способов обработки информации.

При анализе путей улучшения точностных характеристик БКУ КА основное внимание уделено системе информационного обеспечения, реализующей определение ориентации КА. Рассмотрены факторы, определяющие достижимые точностные характеристики:

- типовые задачи, решаемые целевыми нагрузками;

- характеристики космических платформ;

- характеристики используемых измерительных приборов;

- методы обработки информации.

Текущая глава содержит обзор и анализ факторов, указанных выше: анализ БКУ КА различного назначения с точки зрения точностных характеристик, анализ тенденций развития современных измерителей угловых скоростей и звездных

приборов космического применения, а также исследование возможных путей повышения точности определения ориентации НКА за счет применения методов комплексной обработки информации.

1.1. Анализ бортовых комплексов управления

космическими аппаратами в части определения параметров

ориентации

К системам управления КА предъявляется широкий спектр требований, в том числе связанных с управлением движением КА [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [27], [31], [85], [101], [110], [112], [129], [132], [133], [136]. Последние, в свою очередь, разделяются на группы требований, связанных с точностью и динамическими характеристиками движения центра масс КА и точностными характеристиками его ориентации. Для КА, решающих задачи астрономических исследований и мониторинга Земли, как правило, наиболее сложными являются требования, предъявляемые к точностным характеристикам их систем ориентации и стабилизации, непосредственно влияющим на качество съемки астрономических объектов или объектов, расположенных на земной поверхности [1], [3], [5], [6], [27], [101].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рябогин, Николай Владимирович, 2017 год

Список литературы

1. Исследование и разработка путей существенного улучшения массогабаритных характеристик, структур и составов БКУ КА астрофизического и гидрометеорологического назначения: научно-технический отчет по составной части научно-технической работы / ФГУП МОКБ «Марс». Руководитель Б.Н. Попов. Исполнители Глебов В. М., Добрынин Д. А., Ковалев А. Ю., Кремер В. И., Насакина Л.А., Попов Б. Н., Рябогин Н. В., Смирнов В. В., Соколов В. Н., Сыров А. С., Шатский М. А., ГР № 0173100007014000112, Инв. № 2643/к. М., 2014. 151 с.

2. Исследование и разработка путей повышения технических характеристик систем управления КА, в том числе увеличения сроков активного существования до 15 лет, на основе использования приборов нового поколения, перспективных схемно-технических решений построения БЦВС и их интерфейсов, включая применение перспективной отказо- и сбоеустойчивой системной сети на основе технологии SpaceWire: научно-технический отчет по составной части научно-технической работы / ФГУП МОКБ «Марс». Руководитель Б.Н. Попов. Исполнители Андреев В. П., Глебов В. М., Доронина Н. И., Дорский Р. Ю., Зимин Д. Ю., Каравай М. Ф., Кособоков В. Н., Кравчук С. В., Кремер В. И., Малистин А. И., Марченко М.

B., Попов Б. Н., Реутов В. Г., Рябогин Н. В., Сацко А. В., Семенов Е. Е., Синельников В. В., Смирнов В. В., Соколов В. Н., Соловьев И. В., Сыров А.

C., Шатский М. А., Шеломанов Д. А. ГР № Ф40995, Инв. № 2190/к. М., 2013. 180 с.

3. Анализ современных тенденций построения БКУ астрофизических КА в части измерителей и исполнительных органов, исследование точностных характеристик управляемого движения АКА с учетом инструментальных погрешностей, разбросов динамической схемы, настроек контуров управления: научно-технический отчет № 196-1222-2011-09 по составной

части научно-технической работы / ФГУП ЦНИИмаш. Руководитель В.С. Лобанов. Исполнитель Н.В. Тарасенко. Королев, 2011. 94 с.

4. Национальная информационная спутниковая система: отчет о выполнении проекта реализации технологической платформы в 2014 году / НИСС технологическая платформа. Руководитель Н.А. Тостоедов. Исполнители АО «ИСС», ФГУП «НПО имени С.А. Лавочкина», СО РАН, КНЦ СО РАН, СибГАУ, СФУ, ТПУ, ТГУ, ТУСУР, МГТУ, МАИ. Железногорск. 2015. 91 с.

5. Космическое аппаратостроение: Научно-технические исследования и практические разработки ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» / Под ред. д.т.н. А.Н.Кирилина. Самара: Издательский дом «АГНИ», 2011. 280 с.

6. Проектирование и испытание бортовых систем управления: Учебное пособие / Под редакцией А.С. Сырова. М.: МАИ-ПРИНТ, 2011. 173 с.

7. Бортовые системы управления космическими аппаратами: Учебное пособие / Бровкин А.Г., Бурдыгов Б.Г., Гордийко С.В. и др. Под редакцией А.С. Сырова. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2010. 304 с.

8. Микрин Е.А. Бортовые комплексы управления космическими аппаратами и проектирование их программного обеспечения. М.: Издательство МГТУ им. Баумана, 2003. 336 с.

9. Бессонов Р. В. Разработка и исследование интегрированного датчика ориентации космического аппарата: дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва. 2008. 162 с.

10.Vandersteen J. Observation and Estimation for Space Applications: Thesis Doctor in Engineering Dissertation, Heverlee, Belgium, 2012. 236 P.

11.Каргу Л.И. Точность гироскопических устройств систем управления летательных аппаратов. М.: «Машиностроение», 1990. 207 с.

12. JSC Northrop Grumman. URL: http://www.northropgrumman.com.

13. JSC Honeywell. URL: http://www.honeywell.com.

14. Airbus Defence & Space. URL: http://airbusdefenceandspace.com

15.НПП «Физоптика». URL: http://www.fizoptika.ru.

16. ПНППК. URL: http://www.ppk.perm.ru/.

17. ОАО «Оптолинк». URL: http://www.optolink.ru.

18. НПП «Антарес». URL: http://www.npp-antares.ru/bius.html.

19.G. H. Bryan. On the beats in the vibrations of a revolving cylinder or bell // Proc. Cambridge Philosophical Society, Math. Phys Sci. 1890. V.7. 101-111 pp.

20.David M. Rozelle. The Hemispherical Resonator Gyro: From Wineglass to the Planets. Woodland Hills, CA. 2013. 29 P. (Preprint Northrop Grumman Co, Navigation Systems Division).

21.Olivier Girard, Jean Michel Caron, Philippe Berthier. HRG technology: A promising gyrometer space equipment // Proceedings of the 6th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems, Noordwijk, The Netherlands: ESA SP. 2006. 12 P.

22.Веремеенко К.К., Желтов С.Ю. Ким Н.В. Себряков Г.Г. Красильщиков М.Н. Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 554 с.

23. ОАО РПКБ. URL: http://www.rpkb.ru.

24.Исследование путей построения перспективных малогабаритных астроинерциальных систем (АИС) КА, обеспечивающих высокие ТТХ по точности ориентации, оперативности съема информации, помехоустойчивости и отказоустойчивости: научно-технический отчет. ИКИ РАН. 2009.

25.Г.А. Аванесов, А.А. Форш, Р.В. Бессонов, Я.Л. Зиман, М.И. Куделин, Р.Г. Залялова. Звездный координатор БОКЗ-М и перспективы его развития // Материалы XIV Санкт-Петербург. междунар. конф. по интегрированным навигационным системам, 28-30 мая 2007 г. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2007. С. 199-205

26.Распопов В. Я., Иванов Ю. В., Алалуев Р. В., Матвеев В. В. и др. Комплексированные микросистемы ориентации малоразмерных беспилотных летательных аппаратов // Материалы Санкт-Петербург. междунар. конф. по интегрированным навигационным системам, 30 мая - 01 июня 2011 г. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2011. С.161-169.

27.Р. Хартман, К. Митчел, Д. Радж, Х. К. Рау, У. Шмидт, Д. Шодльбаер. Тенденции дальнейшего развития систем управления положения и орбиты высокоподвижных КА ДЗЗ на основе интеллигентных звездных датчиков // Вторая международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли», Москва. 2014. С. 8-11.

28.В.И. Федосеев. Проблемы совершенствования современных отечественных приборов ориентации космических аппаратов по звездам // Вторая международная научно-техническая конференция «Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли», Москва. 2014. С. 38-40.

29.В.О. Князев, А.А. Поздняков. Повышение вероятности распознавания звезд при высоких угловых скоростях космического аппарата с использованием информации об угловой скорости // Третья всероссийская научно-техническая конференция «Современные проблемы ориентации и навигации космических аппаратов», Таруса. 2012. С. 9-10.

30.Аванесов Г.А., Воронков С.В., Форш А.А., Куделин М.И. Звездные координаторы систем ориентации космических аппаратов // Известия вузов. Приборостроение. 2003. Т. 4. С. 66-69.

31.Решетнев М.Ф., Лебедев А.А., Бартенев В.А., Красильщиков М.Н., Малышев В.А., Малышев В.В. Управление и навигация искусственных спутников Земли на околокруговых орбитах. М.: Машиностроение, 1988. 335 с.

32.Малышев В.В., Красильщиков М.Н., Бобронников В.Т., Нестеренко О.П., Федоров А.В. Спутниковые системы мониторинга. Анализ, синтез и управление / Под редакцией В.В. Малышева. М.: Изд-во МАИ, 2000. 568 с.

33.Управление и наведение беспилотных маневренных летательных аппаратов на основе современных информационных технологий / Под ред. М.Н. Красильщикова и Г.Г. Серебрякова. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 280с.

34.Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя: Пер. с англ. / Под ред. Я. З. Цыпкина. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1991. 432 с.

35.Солодов А. В. Метода теории систем в задаче непрерывной линейной фильтрации. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1976. 264 с.

36.Фомин В. Н. Рекуррентное оценивание и адаптивная фильтрация. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1984. 288 с.

37.Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / Под ред. Б. С. Алешина, К. К. Веремеенко, А. И. Черноморского. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 424 с.

38.Балакришнан А. Теория фильтра Калмана: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 168 с.

39.Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: «Мир», 1971. 408 с.

40.Сизиков В. С. Устойчивые методы обработки результатов измерений. Учебное пособие. СПб.: «СпецЛит», 1999. 240 с.

41.Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях: В 2-х томах. Пер. с франц. М.: Мир, 1983. Т. 1. 312 с.

42.Сейдж Э., Мелс Дж. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении. Пер. с англ. М.: «Связь», 1976. 496 с.

43.James R. Wertz. Spacecraft attitude determination and control. Netherlands: Kluwer Academic Publisher, 1980. 858 P.

44.Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. 320 с.

45.Купер Дж., Макгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 376 с.

46.Black H.D. A Passive System for Determining the Attitude of a Satellite // AIAA Journal. 1964. Vol. 2. No. 7. pp. 1350-1351.

47.Shuster M.D. A Survey of Attitude Representations // The Journal of the Astronautical Sciences. 1993. Vol. 41. No. 4. pp. 439-517.

48.Mortari D. ESOQ: A Closef-Form Solution to the Wahba Problem // The Journal of the Astronautical Sciences. 1997. Vol. 45. No. 2. pp. 197-204.

49.Wahba G. A Least Square Estimate of Spacecraft Attitude // SIAM Review, 1965. Vol. 7. No. 3. pp. 409.

50.Stuelpnagel J.C. A Least Squares Estimate of Spacecraft Attitude // SIAM Review, 1966. Vol. 8. No. 3. pp. 384-386.

51.Markley F.L., Mortari D. How to Estimate Attitude from Vector Observation // AAS/AIAA Astrodynamics Conference: Proceedings: Advances in the Astonautical Sciences. 1999. Vol. 103. pp. 1979-1996.

52.Davenport P. A Vector Approach to the Algebra of Rotation With Applications. Washington, D.C. 1968. P. 32 (Preprint NASA Technical Note D-4696).

53. Keat J. Analysis of Least-Squares Attitude Determination Routine DOAOP. Greenbelt, MD. 1977. P. 117 (Preprint Goddard Space Flight Center CSC Report CSC/TM-77/6034).

54. Lerner G.M. Tree-Axis Attitude Determination // Spacecraft Attitude Determination and Control, 1978. pp. 420-428.

55. Shuster M.D. Approximate Algorithms for Fast Optimal Attitude Computation // AIAA Guidance and Control Conference, Palo Alto, CA, August 7-9, AIAA Paper 78-1249. 1978. pp.88-95.

56. Shuster M.D., Oh S.D. Three-Axis Attitude Determination from Vector Observations // Journal of Guidance and Control. 1981. Vol. 4. No. 1. pp 70-77.

57. Markley F.L. Attitude Determination Using Vector Observation and the Singular Value Decomposition // The Journal of the Astronautical Sciences. 1988. Vol. 36. No. 3. pp 245-258.

58. Markley F.L. Attitude Determination Using Vector Observation: a Fast Optimal Matrix Algorithm // The Journal of the Astronautical Sciences. 1993. Vol. 41. No. 2. pp 261-280.

59. Markley F.L. Attitude Determination Using Vector Observation: Theory // The Journal of the Astronautical Sciences. 1989. Vol. 37. No. 1. pp 41-58.

60. Shuster M.D. A Simple Kalman Filter and Smoother for Spacecraft Attitude // The Journal of the Astronautical Sciences. 1989. Vol. 37. No. 1. pp. 89-106

61.Steyn W.H. Full Satellite State Determination from Vector Obdervations // Automatic Control in Aerospace Symposium. A Postprint Volume. 1995. pp.195200.

62. Psiaki M., Oshman, Y. Spacecraft Attitude Rate Estimation From Geomagnetic Field Measurements // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2003. Vol. 26. No. 2. pp. 244-252.

63.Степанов О.А. Основы теории оценивания с приложениями к задачам обработки навигационной информации. Ч. 1. Введение в теорию оценивания. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2009. 352 c.

64.Grewal M.S., Andrews A.P. Kalman Filtering: Theory and Practice Using MATLAB, Second Edition. New York, NY.: John Wiley & Sons, Inc., 2001. p.397.

65.Shuster M.D. Stellar Aberration and Parallax: A Tutorial // The Journal of the Astronautical Sciences. 2003. Vol. 51. No. 4. pp. 477-494.

66.Quine B.M., Tarasyuk V., Mebrahtu H., Hornsey R. Determining star-image location: A new sub-pixel interpolation technique to process image centroids // Computer Physics Communications. 2007. Vol. 177. pp. 700-706.

67. Samaan M.A., Mortari D., Pollock T.C., Junkins J.L. Predictive Centroiding for Single and Multiple FOVs Star Trackers // AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, San Antonio, TX. 2002. pp. 59-71.

68. Harman R.R., Bar-Itzhack I.Y. Angular Rate Computation Using Attitude Differentiation. Haifa, Israel. 1997. P. 7 (Technical Report No. TAE-881: Technion-Israel Institute of Technology, Faculty of Aerospace Engineering).

69. Challa M., Kotaru S., Natanson G. Magnetometer-Only Attitude and Rate Estimates During the Earth Radiation Budget Satellite 1987 Control Anomaly // Proceedings of the AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference. New-Orleans, LA, 1997. Vol.2. pp. 830-840.

70. Smith G.L, Schmidt S.F. The Application of Statistical Filter Theory to Optimal Trajectory Determination Onboard a Circumlunar Vehicle. Washington, D.C. 1962. P. 27 (Preprint NASA Technical Note R-135).

71. McLean J.D., Schmidt S.F. Optimal Filtering and Linear Prediction Applied to an On-Board Navigation System for the Circumlunar Missions // AAS Meeting. 1961. pp. 61-93.

72. Schmidt S.F. The Kalman Filter: Its Recognition and Development for Aerospace

Applications // Journal of Guidance and Control. 1961. Vol. 4. pp. 4-7.

73. Lefferts E.J., Markley F.L., Shuster M.D. Kalman. Filtering for Spacecraft Attitude Estimation // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1982. Vol. 5. No. 5. pp. 417-429.

74.Леффертс И. Дж., Маркли Ф. Л., Шустер М. Д. Использование фильтров Калмана для оценивания пространственной ориентации КЛА // Аэрокосмическая техника. 1983. Т. 1, №8. C. 135-149.

75.Crassidis J.L., Markley F.L., Cheng Y. Survey of Nonlinear Attitude Estimation Methods // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2007. Vol. 30. No. 1. pp. 12-28.

76.Harman R.R., Bar-Itzhack I.Y. Pseudo-Linear and State Dependent Algebraic Riccati Equation Filters for Angular Rate Estimation // Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 1997. Vol. 20, No. 1. pp. 208-211.

77. Abdelrahman M., Samaan M. New Algorithm for Gyroless Spacecraft Angular Rate Estimation and its Applications // Proceedings of the ACSE 05 Conference, CICC, Cairo, Egypt. 2005. pp. 47-52.

78. Harman R., Thienel J., Oshman Y. Gyroless Attitude and Rate Estimation Algorithms for the FUSE Spacecraft. Washington, D.C. 2004. P. 17 (Preprint NASA Technical Report L-19023: NASA/TM-2004-213037).

79. Markley F.L. Attitude Determination Using Vector Observations: A Fast Optimal Matrix Algorithm // Journal of the Astronautical Sciences. 1993. Vol. 41. No. 2. pp. 261-280.

80. Markley F.L. Attitude Determination and Parameter Estimation Using Vector Observations: Theory // The Journal of the Astronautical Sciences. 1989. Vol. 37. No. 1. pp. 41-58.

81.Shuster M.D. Maximum Likelihood Estimation of Spacecraft Attitude // Journal of the Astronautical Sciences. 1989. Vol. 37. No. 1. pp. 79-88.

82.Хорн Р. Матричный анализ. М : «Мир», 1989. 655c.

83.Shuster M.D. Man, Like These Attitudes Are Totally Random! I. Quaternions // Advances in the Astronautical Sciences. 2001. Vol. 108. pp. 383-396.

84. Shuster M.D. Man, Like These Attitudes Are Totally Random! II. Other Representations // Advances in the Astronautical Sciences. 2001. Vol. 108. pp. 397408.

85. Markley F.L., Mortari D. Quaternion Attitude Estimation Using Vector Observations // Journal of the Astronautical Sciences. 2000. Vol. 48. No. 2/3. pp. 359-380.

86.Калинович С.Н., Мирошниченко Л.А., Раевский В.А. Определение точности системы ориентации и стабилизации спутника НТВ «Экран» // Сб. Пионеры освоения космоса и современность. М.: Наука, 1988. С. 139-145.

87. Иванов Д.С., Карпенко С.О., Овчинников М.Ю. Алгоритм оценки параметров ориентации малого космического аппарата с использованием фильтра Калмана. М. 2009. 33 с. (Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша).

88. Сомов Е.И., Бутырин С.А. Полетная геометрическая идентификация и калибровка космического телескопа и системы звездных датчиков // Труды VIII Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO '09. Москва. 2009. С. 1189-1202.

89. Галкин Д.И. Алгоритм оценки параметров ориентации космического аппарата с использованием фильтра Калмана // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013. 11 с. URL: https://rucont.ru/efd/276069.

90.Современные информационные технологии в задачах навигации и наведения беспилотных маневренных летательных аппаратов / Под ред. М.Н. Красильщикова и Г.Г. Серебрякова. М.: Наука, 2009. 554 с.

91.Мирошниченко Л.А., Раевский В.А. и др. Система ориентации и стабилизации спутника телевизионного вещания «Экран» // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1977. № 4. C. 18-27.

92.Калинович С.Н., Мирошниченко Л.А., Раевский В.А. Синтез системы ориентации и стабилизации спутника «Экран» по каналам крен - курс // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика. 1979. № 6. C. 36-45.

93.Чернявский Г.М., Бартенев В.А., Малышев В.А. Управление орбитой стационарного спутника. М.: Машиностроение, 1984. 144 с.

94.Gul F., Jiancheng F. Correction Technique for Velocity and Position Error of Inertial Navigation System by Celestial Observation // IEEE 2005 International Conference on Emerging Technologies, Islamabad. 2005. pp. 7-12

95.Jamshaid A. Astronavigation System as an Autonomous Enhancement Suite for a Strapdown Inertial Navigation System: An Evaluation // Measurement Science Review, 2009. Vol. 9. Sec. 3. No. 2. pp. 42-48

96.Basic Guide to Advanced Navigation, 2nd Edition. New York, NY. 2010. p. 88 (North Atlantic Treaty Organization and Research and Technology Organization publication SET-114/RTG-65).

97.King A.D. Inertial Navigation - Forty Years of Evolution // GEC Review, 1998. Vol. 13. No. 3. pp. 140-149

98.Sukkarieh S. Low Cost, High Integrity, Aided Inertial Navigation Systems for Autonomous Land Vehicles: Thesis of Doctor of Philosophy. Sydney. 2000. P. 212.

99.Welter G., Boia J., Gakenheimer M., Kimmer E., Channell D., Hallock L. Variation on the Davenport Gyroscope Calibration Algorithm // Flight Mechanics/Estimation Theory Symposium. Greenbelt, MD. 1996. pp. 41-53.

100. Pittelkau M.E. Calibration and Attitude Determination with Redundant Inertial Measurement Units // AIAA Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 2005. Vol. 28. No. 4. pp. 743-752.

101. Bayard D.S. Advances in Precision Pointing Control for the NASA Spitzer Space Telescope. Pasadena, CA. 2004. P. 19 (Preprint Jet Propulsion Laboratory, National Aeronautics and Space Administration, AAS 04-071).

102. Thienel J.K. Nonlinear Observer/Controller Designs for Spacecraft Attitude Control Systems with Uncalibrated Gyros: Dissertation of Doctor of Philosophy, Maryland. 2004. P. 186.

103. Thienel J.K., Sanner R.M. Nonlinear Observers for Gyro Calibration. Breckenridge, CO. 2003 17 P. (Preprint NASA, CASI 20030020625).

104. Hashmall J.A., Radomski M., Sediak J. On-orbit Calibration of Satellite Gyroscopes // Astrodynamics Specialist Conference, 2000. pp. 399-409.

105. Bar-Itzhack I.Y., Harman R.R. Implicit and Explicit Spacecraft Gyro Calibration

// AIAA Guidance, Navigation and Control Conference, Vol 5, 2004. pp.1-17.

106. McConley M.W. Nonlinear Estimation for Gyroscope Calibration for the Inertial Pseudo Star Reference Unit // Massachusetts Institute of Technology, 1994. pp. 9192.

107. Pittelkau M.E. Autonomous On-board Calibration of Attitude Sensors and Gyros. Round Hill, VA. 2007. P. 10 (Preprint Aerospace Control System LLC).

108. O'Shaughnessy D., Pittelkau M.E. Attitude Sensor and Gyro Calibration for MESSENGER. Annapolis, MD. 2007. P. 15 (Preprint Aerospace Control System LLC).

109. Dorman L.I. Different Space Weather Effects in malfunctions of the High and Low Orbital Satellites // Advances in Space Research, 2005. Vol. 36. pp. 25302536.

110. Spacecraft Orbital Anomaly Report (SOAR) System. Washington, D.C. 2004. p. 7 (Preprint NASA Technical Report No. PD-ED-1232).

111. Leach R.D. Electronic Systems Failures and Anomalies Attributed to Electromagnetic Interference // NASA Reference Publication 1374. 1995. P. 30.

112. Robertson B., Stoneking E. Satellite GN&C Anomaly Trends. Breckenridge, CO. 2003. P. 15 (preprint NASA Goddard Space Flight Center AAS 03-071).

113. Способ функционального контроля и резервирования плат измерительного канала угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2490697 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий А.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С.; опубл. 2012.

114. Способ измерения вектора угловой скорости космического аппарата и устройство для его реализации: патент №2519603 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Колбецкий А.Н., Соколов В.Н., Сыров А.С., Самус П.А.; опубл. 2012.

115. Рябогин Н.В. Калибровка дрейфов датчиков угловой скорости космических аппаратов по информации от звездных датчиков при вращении вокруг произвольной оси // Системы управления беспилотными космическими и атмосферными летательными аппаратами: Тезисы докладов II Всероссийской научно-технической конференции. М.: МОКБ «Марс», 2012. С. 42-43.

116. Рябогин Н.В. Калибровка дрейфов датчиков угловой скорости // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXVII Академических чтений по космонавтике. Москва, январь-февраль 2013 г./ Под общей редакцией А.К. Медведевой. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2013. С. 542

117. Дополнение к эскизному проекту «КОСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС «ГАММА-400». Пояснительная записка. Часть девятая. Бортовой комплекс управления.СГ-0000-0 ПЗ-8. Том 1.Москва. 2012.

118. Соловьев И.В., Рябогин Н.В. Метод полетной калибровки резервированного гироскопического измерителя вектора угловой скорости космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016. №3. С. 11-21.

119. Математическая модель гироскопического измерителя вектора угловой скорости КИНД34-020. КИНД.Э001.1335.

120. Космический комплекс «Спектр-УФ». Исходные данные для разработки БКУ КА «Спектр-УФ». Часть 1. Исходные данные по управлению движением КА.

121. SED26 Technical specification. LER 0002801-10.

122. А.А. Калентьев, А. А. Тюгашев. Использование графических языков в жизненном цикле бортового программного обеспечения космических аппаратов // «Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета», 2010. № 2. С. 248-259.

123. Коварцев А.Н. Методы и средства визуального параллельного программирования. Автоматизация программирования: учеб. Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2011. 168 с.

124. Д.В. Кознов. Программная инженерия и визуальное моделирование: воспитание культуры работы с информацией // «Программная инженерия», 2015. №10. С. 3-11.

125. Иванов Д. Ю., Новиков Ф. А. Основы моделирования на UML: Учебное пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2010. 249 с.

126. S. Friedenthal, A. Moore, R. Steiner. A Practical Guide to SysML: The Systems Modeling Language.: Morgan Kaufmann, 2009, P. 630.

127. J. Eickhoff. Simulating Spacecraft Systems, Immenstaad: Springer, 2009. P. 359

128. Pittelkau M.E. Advances in Attitude Determination With Redundant Inertial Measurement Units // Advances in the Astronautical Sciences, 2006. Vol. 124. Part 1. pp. 163-178.

129. Michael D. Griffin, James R. French. Space vehicle desing, Reston, VA: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004. P. 665.

130. Гущин В. Н., Основы устройства космических аппаратов: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 2003. 272 с.

131. Конструирование автоматических космических аппаратов /Д. И. Козлов, Г.П. Аншаков, В.Ф. Агарков, и др. М.: Машиностроение, 1996. 448 с.

132. Гарбук С. В., Гершензон В. Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. М.: Издательство А и Б, 1997. 296 с.

133. В. С. Авдуевский, Г. Р. Успенский. Космическая индустрия. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1989. 568с.

134. Рябогин Н.В., Задорожная Н.М. Влияние упругих деформаций корпуса космического аппарата на точность ориентации целевой аппаратуры // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013. URL: http://engjournal.ru/catalog/it/asu/523.html

135. Степанов О.А. Применение теории нелинейной фильтрации в задачах обработки навигационной информации. СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 1998. 370с.

136. П. Фортескью, Г. Суайнерд, Д. Старк. Разработка систем космических аппаратов. М.: Альпина Паблишер, 2015. 765 с.

137. ФГУП «НПО имени С.А. Лавочкина». URL: http://www.laspace.ru/rus

138. Космический комплекс «Спектр-Р». Техническое задание на СЧ ОКР «Разработка бортового компле^а управления». ТЗ-Р-1-04.

139. Техническое задание на СЧ ОКР «Создание бортового комплекса управления КА «Спектр-РГ». ТЗ-РГ-1-09.

140. Техническое задание на СЧ ОКР «Создание бортового комплекса управления КА «Спектр-УФ». ТЗ-УФ-1-08.

141. Техническое задание на СЧ ОКР «Создание бортового комплекса управления КА «Гамма-400». ТЗ-СГ-1-12.

142. Техническое задание на СЧ ОКР «Создание бортового комплекса управления КА «Спектр-М». ТЗ-СМ-2-14.

143. М.М. Лисаков, С.М. Войнаков, А.С. Сыров, В.Н. Соколов, Д.А. Добрынин, М.А. Шатский, Р.А. Комальдинова, В.В. Сосновцев, Т.Б. Вьюницкая, Н.В. Рябогин, Е.Н. Филиппова. Работа системы ориентации космического аппарата Спектр-Р // Космические исследования. 2014, Т. 52. С. 399-407.

144. Н.В. Рябогин, Н.М. Задорожная, А. С. Сыров. Анализ требований к точностным характеристикам космических аппаратов // Актуальные проблемы российской космонавтики: Труды XXXVIII Академических чтений по космонавтике. Москва, январь 2014 г./ Под общей редакцией А.К. Медведевой. М.: Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства, 2014. с. 497-498

145. Ball Aerospace corp. URL: http://www.ballaerospace.com

146. Sodern. URL: http://www.sodern.com

147. JSC Jena-optronik. URL: http://www.jena-optronik.de

148. SSTL. URL: http://www.sstl.co.uk

149. J. A. Rumerman. NASA Earth science and space application, aeronautics, technology, and exploration, tracking and data acquisition. Space operation, facilities and resources 1989-1998. NASA Historical Data Book Vol. 8. Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office. 2012. p. 728.

150. Selex. URL: http://www.selexgalileo.com

151. Aerospace Systems. URL: http://utcaerospacesystems.com

152. OHB System AG. URL: https://www.ohb-system.de

153. ГОСТ 19.001 Единая система программной документации. М. 2001. 3 с.

154. Способ ориентации космического аппарата по углу крена и устройство для его реализации: патент №2567312 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Соколов В.Н., Сыров А.С., Самус П.А., Лащев А.Я.; опубл. 2015.

155. Способ ориентации космического аппарата по углу крена и устройство для его реализации: патент №2564936 РФ / Рябогин Н.В., Шатский М.А., Соколов В.Н., Сыров А.С., Лащев А.Я.; опубл. 2015.

156. Рябогин Н.В., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Методика оценки точности определения ориентации космического аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2016. №7. С. 10-23.

157. Рябогин Н.В., Шатский М.А., Косинский М.Ю., Соколов В.Н., Задорожная Н.М. Применение SysML в задачах разработки и отработки программного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами // Программная инженерия. 2016. Т. 7. №8. С. 373-382.

158. Markley F.L., Cheng Y., Crassidis J.L., Oshman Y. Averaging Quaternions Averaging Quaternions // Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2007. Vol. 30. No. 4. pp. 1193-1197.

159. Lam Q.M., Crassidis J.L., Precision Attitude Determination Using a Multiple Model Adaptive Estimation Scheme // Aerospace Conference, 2007. pp. 1-20.

160. Stearns H., Tomizuka M., Multiple Model Adaptive Estimation of Satellite Attitude using MEMS Gyros // American Control Conference, 2011. pp. 3490-3495.

161. Bolandi H., Saberi F.F., Mehrjardi A.E., Interacting Multiple Models Adaptive Attitude Estimation for a Stereo-imagery Satellite with Unknown Star Sensor Noise Level // International Journal of Innovative Computing, Information and Control, 2011. Vol. 7, No 7(B). pp. 4551-4573.

162. Соловьев И.В. Инвариантные методы и средства обработки информации астродатчиков для автономной оценки ориентации и угловой скорости летательных аппаратов: дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва. 2014. 192 с.

163. Осадчий И.С. Методы обработки графической информации для повышения точности приборов астроориентации космического базирования: дис. на

соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва. 2015. 167 с.

164. Гладыревский А.Г. Методы и алгоритмы ориентации космического аппарата с помощью астросистемы: дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва. 2002. 124 с.

165. Смирнов С.В. Адаптивная система коррекции инерциальной системы ориентации радиотелескопа: дис. на соискание ученой степени канд. тех. наук. Москва. 2012. 127 с.

Федеральное космическое агентство

Федеральное государственное унитарное предприятие

МОСКОВСКОЕ ОПЫТНО-КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО

Исх. №

от « »

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Рябогина Н. В.

Комиссия в составе председателя - заместителя директора по научной работе, заместителя генерального конструктора ФГУП МОКБ «Марс», д.т.н. Соколова Владимира Николаевича и членов комиссии - заместителя генерального конструктора, к.т.н. Добрынина Дмитрия Алексеевича, начальника направления, к.т.н., доц. Шатского Михаила Александровича, составила настоящий акт о том, что результаты работы Рябогина Николая Владимировича, вошедшие в диссертационную работу с рабочим названием «Разработка и исследование прецизиоиной системы информационного обеспечения бортовых комплексов управления космическими аппаратами научного назначения», частично или полностью были внедрены при выполнении ФГУП МОКБ «Марс» научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по тематике создания и исследований СУ (БКУ) КА различного назначения. В том числе при проведении ОКР по созданию СУ (БКУ) «Сиектр-УФ», «Спектр-РГ», «Обзор-О» и «Казсат-2»:

1. Алгоритм калибровки дрейфов датчиков угловой скорости космических аппаратов по информации от звездных датчиков при вращении вокруг произвольной оси;

2. Алгоритм комплексирования информации гироскопических измерителей угловой скорости и звездных датчиков;

3. Методика оценки точностных характеристик системы информационного обеспечения и БКУ в целом;

4. Способ функционального контроля измерительного канала угловой скорости космического аппарата и способ измерения вектора угловой скорости космического аппарата,

:неральныи конструктор Ф^ГП МОКБ «Марс» ^^гйтг.н., проф.

ФГУП

127473, Российская федерация, г. Москва, Тел.: [phone], факс: [phone]-й Щемиловский пер., 16 E-mail: [e-mail]

защищенные патентами РФ №2490697, 2519603, 2567312, 2564936;

5. Метод разработки и описания программного обеспечения бортового комплекса управления, направленный на повышение качества программного обеспечения сложных систем, обладающих большим количеством связей.

Результаты работы Рябогина Н.В. по системному анализу БКУ КА различного назначения и основных приборов систем информационного обеспечения К А, текущего состояния и анализ перспектив приборного состава, существующих методов обработки и комплексирования информации датчиков для обеспечения точности ориентации вошли в отчеты по НИР. выполненных ФГУП МОКБ «Марс» по заданиям ФГУП ЦНИИмаш и корпорации «Роскосмос»:

- «Исследование и разработка путей повышения технических характеристик систем

управления КА, в том числе увеличения сроков активного существования до 15 лет, на основе использования приборов нового поколения, перспективных схемно-технических решений построения БЦВС и их интерфейсов, включая применение перспективной отказо- и сбоеустойчивой системной сети на основе технологии Space Wire», УДК 629.7.054, 2013 г.

- «Исследование и разработка путей существенного улучшения массогабаритных характеристик, структур и составов БКУ КА астрофизического и гидрометеорологического назначения». УДК 629.7.051.062.2, 2014 г.

- «Унификация, исследование и разработка путей улучшения характеристик БКУ для КА дистанционного зондирования Земли, телекоммуникации и гидрометеорологического назначения». УДК 629.058. 2015 г.

Председатель комиссии Члены комиссии