Радиолокационная система контроля окружающего пространства космического аппарата

Решетневскце чтения

центра масс разработаны имитационные модели различных датчиков ориентации КА (гироскопический датчик, магнитный датчик), имитационные модели инерционных (маховики) и электромагнитных исполнительных органов, а также бортового комплекса управления, формирующего управляющие сигналы для исполнительных органов на основе информации,

полученной от имитационных моделей датчиков ориентации. Проведены работы по проверке адекватности работы данных имитационных моделей. Разработанные модели могут быть использованы как для изучения поведения КА в реальных условиях космоса, так и при проектировании системы управления движением КА для определения ее основных параметров.

S. А. Yelubayev, N. ^ Jamalov, К А. Alipbayev, А. S. Sukhenko, Т. М. Bopeyev JSC «National center of space research and technologies», Republic of Kazakhstan, Almaty

SIMULATION MODELING OF THE MAIN COMPONENTS OF SPACECRAFT MOTION CONTROL SYSTEM

At present time simulation modeling is a popular tool for the purposes of testing and inspecting functionality and debugging of the main modes of spacecraft control systems in the area of design of space systems. Particularly, the work concerning the development of simulation models of spacecraft control systems was carried out by domestic specialists in the Republic of Kazakhstan. It will allow them to create their own scientific and technical basis for the development of motion control systems and navigation systems with account of the latest achievements of science and technology.

© Ejiy6aeB C. A., flxaMajioB H. K., Ajmn6aeB K. A., CyxeHKO A. C., EoneeB T. M., 2012

УДК 621.37.037

М. В. Ермолаев, Д. И. Марарескул ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

А. М. Алешечкин Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

РАДИОЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ОКРУЖАЮЩЕГО ПРОСТРАНСТВА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА

Рассмотрены принципы построения бортовой РЛС космического аппарата. Приведены соотношения для определения координат объектов, точностные характеристики системы и требования к излучаемой мощности.

Спутниковая связь и вещание с геостационарной орбиты (ГСО) даже в период мирового экономического кризиса по-прежнему остается коммерчески выгодным видом космической деятельности. Однако с увеличением количества космических аппаратов (КА), размещенных на геостационарной орбите, все острее встает проблема засорения околоземного космического пространства.

Космические объекты искусственного происхождения сосредоточены преимущественно в трех областях: на орбитах до 5 000 км, около 20 000 км и около 35 000 км [1]. Таким образом, геостационарная орбита с высотой 35 785 км является одним из поясов с повышенной концентрацией космического мусора.

Для обеспечения безопасности геостационарных КА необходимо производить непрерывный контроль окружающего пространства спутника и оперативно принимать решения о коррекции орбиты аппарата в

случае возникновения угрозы столкновения с неуправляемыми космическими объектами.

Контроль окружающего пространства КА может осуществлять радиолокационная система (РЛС) контроля окружающего пространства (бортовая РЛС). Бортовая РЛС предназначена для обнаружения объектов, угрожающих безопасности КА, и определения координат объектов.

Предлагаемая бортовая РЛС основывается на принципах активной радиолокации. При этом для определения положения объекта относительно космического аппарата используется набор независимых радиолокационных приемников, антенные системы которых размещены на внешней поверхности КА. Измерения этих приемников используются для вычисления относительных координат объекта. Орбитальные координаты объекта можно определить, зная

Системы управления, космическая навигация и связь

параметры движения геостационарного космического аппарата.

Координаты объекта Хоб, Yоб и Zоб в системе координат РЛС с четырьмя приемными антеннам, расположенными на осях системы координат бортовой РЛС, можно выразить через расстояния между объектом и каждой из приемных антенн следующим образом:

X,

об

,ARx22 - ARh

2Rx1Rx 2

Y* =

AR22 - ARy2!

2Ry1Ry 2

Zоб = Vp2 - X2 - Y-2

об

об

AR2, ARx22 RR2, ARh ARv22 Rv1R:

p =-

x1 x 2

y1

y 2

2

vy1Ry 2

2 2 4 2 2 4 где ARxh ARxЪ ARУl, ARy2 - расстояние от объекта до соответствующей приемной антенны; р - расстояние от объекта до начала приборной системы координат РЛС; RXlRx2 - база антенн по оси x; Ry\Ry2 - база антенн по оси у.

Рассмотрим точностные характеристики бортовой РЛС с 4-мя приемными антеннами. Пусть СКО погрешности измерения дальности одним приемным устройством системы равно стизм, тогда СКО погрешностей измерения координат можно определить следующим образом:

S-f

Rx1Rx 2

CT,,

sÍ2-p

Ry1Ry 2

-f

JBzO

tan(0) ад2 изм'

где 0 - угол места объекта в системе координат РЛС,

Rx1Rx2 = Ry1Ry2-

Для расчета СКО погрешностей зададимся следующими параметрами: частота сигнала f = 25 ГГц; СКО погрешности измерения дальности одной антенной СТизм = 5 • T0 = 5^ = 0,06 м ; ба3а Rx1Rx2 = 2 м • J0

Зависимость СКО погрешностей измерения координат X, Y от значения дальности представлена в табл. 1. зависимость СКО погрешностей измерения координаты Z от значения угла места и дальности до объекта представлена в табл. 2. Данные расчета совпадают с результатами моделирования на ЭВМ, проведенными при тех же исходных данных.

Расчет показывает, что требуемая мощность излучаемого сигнала для достижения указанных точностей при дальности до объекта 70 км лежит в диапазоне 170-200 Вт. Мощность излучаемого сигнала можно уменьшить за счет увеличения ширины спектра сигнала, уменьшения коэффициента шума приемных устройств, либо изменения требований по дальности действия бортовой РЛС и частоте излучаемого сигнала.

Таблица 1

СКО погрешности измерения координат X, У

p, м sx, sy, м

1000 42

5000 212

10000 424

50000 2121

70000 2970

Таблица 2

СКО погрешности измерения координаты Z, м

p, м

e, градусы 1000 5000 10000 50000 70000

5 485 2425 4849 24247 33946

15 158 792 1583 7917 11084

25 91 455 910 4549 6369

30 73 367 735 3674 5144

45 42 212 424 2121 2970

55 30 149 297 1485 2080

75 11 57 114 568 796

85 4 19 37 186 260

Система контроля окружающего пространства КА может быть использована для обеспечения безопасности движения перспективных геостационарных аппаратов. В процессе дальнейших исследований необходимо произвести разработку алгоритмов измерения дальности приемными устройствами, а также провести уточненный расчет радиолокационной линии.

Библиографическая ссылка

1. Рыхлова Л. В. Проблемы космического мусора [Электронный ресурс]. URL:: http://epizodsspace.no-ip. org/bibl/ziv/1993/6/musor. html.

M. V. Ermolaev, D. I. Marareskul JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

A. M. Aleshechkin Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

SATELLITE ONBOARD SPACE MONITORING RADAR SYSTEM

The principles of onboard radar system construction are discussed. Formulas for object coordinate determination, characteristics of observation accuracy and emitting power requirement are presented.

© Ермолаев М. В., Марарескул Д. И., Алешечкин А. М., 2012