Разработка и исследование интегрированного датчика ориентации космического аппарата тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Бессонов Роман Валерьевич

Разработка и исследование интегрированного датчика ориентации космического аппарата

Специальность 01.04.01 - приборы и методы экспериментальной

физики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук

Москва, 2008

Работа выполнена в Институте космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН)

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Аванесов Г.А.

Официальные оппоненты: д.ф-м.н. Бранец В.Н. к.т.н. МирошникО.М.

Ведущее предприятие ФГУП ГНПЦ "ЦСКБ-ПРОГРЕСС" (г. Самара)

Зашита диссертации состоится «У» апреля 2008 года в _часов на

заседании диссертационного совета Д.002.113.01 в Институте космических исследований по адресу 117997 Москва, ул. Профсоюзная, 84/32, 2-й подъезд, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИКИ РАН

Автореферат разослан « » февраля 2008 года

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.113.01

к.ф.-м.н.

Акимов В.В.

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Классическая схема построения современной системы управления параметрами углового движения космического аппарата (КА) предполагает использование высокоточных гироскопов, периодически корректируемых по показаниям оптикоэлектронных приборов При этом, в целях увеличения интервалов между астрокоррекциями, разработчики систем стремились свести к минимуму дрейфы гироскопов В результате, мировая практика создала многочисленное семейство гироскопических приборов, различного класса точности, отличающихся друг от друга принципами построения, габаритами, энергопотреблением и, что весьма важно, стоимостью

В то же время в космической технике дальнейшее развитие получили оптические датчики астроориентации Если в прошлом каждая астро-коррекция требовала прервать плановую работу КА, то оптикоэлектрон-ные астродатчики последнего десятилетия предоставляют возможность измерить параметры астроориентации практически в любой момент времени по изображениям звезд произвольного участка небесной сферы

С учетом успехов в развитии оптических датчиков ориентации можно оптимизировать режим работы системы управления астроориентацией КА, снизив требования к дрейфам гироскопа до разумного минимума и сделав режим астрокоррекции практически непрерывным С таким предложением выступил в 2002 г ИКИ РАН Предложение было поддержано ЦСКБ "Прогресс" и реализовано в качестве резервного режима ориентации на КА "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427" и "Ре-сурс-ДК" Полученные при этом результаты полностью оправдали ожидания

На перечисленных КА резервный режим ориентации был реализован на основе имеющихся на борту средств блоков определения координат звезд БОКЗ-М, разработанных ИКИ РАН, и электромеханических датчиков угловых скоростей под управлением бортовой вычислительной машины Однако разделение функции определения углового положения КА между этими тремя приборами нельзя считать рациональным Вся задача может быть решена в рамках одного интегрированного прибора, представляющего собой датчик звездной ориентации с встроенным в него датчиком угловой скорости средней точности При этом может быть достигнуто оптимальное соотношение аппаратно-программных средств и выигрыш в точности, по массе, энергопотреблению и, в конечном счете, по стоимости

Малые габариты интегрированных приборов позволяют создавать недорогие испытательные стенды, моделирующие внешние для прибора условия на всех этапах космического полета Такая комплексная отработка позволяет исключить ошибки алгоритмического и программного обеспечения приборов, и тем самым повысить их надежность

Диссертационная работа посвящена разработке и исследованию интегрированных приборов ориентации КА, основанных на звездных координаторах семейства БОКЗ и малогабаритных датчиках угловой скорости различной точности, а также их испытательной базе В связи с тем, что существенными показателями приборов космического применения является масса, габариты, энергопотребление, надежность и стоимость, данная работа актуальна

Предмет исследования

Предметом исследования являются командно-измерительные приборы системы ориентации КА - звездные координаторы (ЗК) и гироскопические приборы, а также их испытательная база

Цели и задачи исследования

Цель исследования разработка интегрированных приборов, где в едином конструктиве аппаратно и программно объединяются звездный координатор и датчики угловой скорости

Для достижения указанной цели решались следующие задачи

1 Анализ и выбор оптимальных схем функционирования звездных координаторов совместно с датчиками угловой скорости различной точности

2 Анализ современного состояния и тенденций развития датчиков угловой скорости Определение требований к датчикам угловой скорости, входящим в состав интегрированного прибора

3 Анализ факторов, определяющих показатели точности, частоты обновления информации и диапазона рабочей угловой скорости звездных координаторов семейства БОКЗ

4 Разработка методик и средств исследования и калибровки датчиков угловой скорости в составе звездного координатора

5 Разработка и исследование трехосного поворотного стенда, предназначенного для исследования и отработки интегрированных приборов ориентации КА Разработка методик точностной калибровки стенда

6 Разработка и анализ алгоритмов функционирования интегрированных приборов, основанных на различных модификациях звездных координаторах БОКЗ и датчиках угловой скорости Исследование показателей точности и быстродействия интегрированных приборов, реализующих эти алгоритмы

7 Аппаратная и программная реализация этих алгоритмов и построение интегрированных приборов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО с встроенными датчиками угловых скоростей, выполненными по технологи микроэлектромеханических систем (МЭМС)

Научная новизна заключается в том, что

1 Предложен и сформулирован интеграционный подход развития приборов ориентации КА, основанный на совмещении в едином конструктиве звездного координатора с гироскопическим прибором, позволяющий существенно улучшить показатели по массе, габаритам, энергопотреблению, точности и надежности Доказана возможность технической реализации этого подхода и его целесообразность

2 Разработан комплекс методик и средств, достаточный для встраивания датчиков угловой скорости в состав звездного координатора, а также их исследования, калибровки и отработки

3 Разработан трехосный поворотный стенд, способный обеспечить отработку функционирования интегрированного прибора на всех этапах космического полета, исключить ошибки его программно-алгоритмического обеспечения и тем самым повысить надежность

4 Разработаны полностью интегрированные приборы, способные определять параметры ориентации и угловой скорости КА на всех участках космического полета Эти приборы основаны на звездных координаторах БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО и датчиках угловой скорости, выполненных по технологии МЭМС

Практическая значимость заключается в следующем использование разработанных приборов существенно снижает массу, габариты, энергопотребление и стоимость командно-измерительных приборов систем ориентации КА Уровень миниатюризации и интеграции этих приборов позволяет использовать недорогие средства комплексной наземной отработки их функционирования, моделируя условия на всех этапах космического полета Такая наземная отработка позволяет исключить ошибки программного обеспечения прибора и повысить его надежность

Основные положения, выносимые на защиту

1 Анализ современного состояния и перспектив развития приборов определения ориентации КА, а также систем управления угловым движением на их основе

2 Обоснование перспективности интеграционного подхода в развитии космических навигационных приборов

3 Разработка методик и средств, позволяющих встраивать датчики угловой скорости в звездный координатор, а также проводить их исследование, калибровку и отработку

4 Разработка трехосного поворотного стенда и методики его точностной калибровки с использованием звездного координатора Применение стенда в целях исследования и отработки функционирования интегрированных приборов

5 Разработка алгоритмов функционирования интегрированного прибора и их аппаратная реализация в приборах БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО

Апробация работы

Выполненные и представленные в диссертации исследования и разработки получили положительную оценку на предприятиях космической отрасли - ЦСКБ "Прогресс", НПО им Лавочкина, РКК "Энергия", НПП ВНИИЭМ - и использованы при создании интегрированных приборов ориентации КА на базе звездных координаторов БОКЗ

Результаты работы были изложены на международной научно-технической конференции "Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий", 5-ой международной конференции "Авиация и космонавтика 2006", "XIV Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам" и опубликованы в статье журнала "Авиакосмическое приборостроение"

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 56 наименований Общий объем работы составляет 162 страницы Работа содержит 108 рисунков и 42 таблицы

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели работы, раскрыты научная новизна и практическая ценность работы

В первой главе кратко изложены основные задачи, решаемые системой ориентации, ее структура и состав На основе анализа функционирования систем ориентации КА различного назначения сформулированы требования к бортовым приборам измерения параметров углового движения (табл 1)

Таблица 1 Требования к командно-измерительным приборам систем ориентации различных КА

Параметры измерительного комплекса систем ориентации КА Низкоорбитальные спутники ДЗЗ среднего и низкого разрешения Низкоорбитальные спутники ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения Высокоорбитальные спутники глобальной навигации и связи

Точность определения ориентации 10-20 " 1-10" 1-3'

Допустимая угловая скорость, град/с до 2-3 До 4-8 до 1

Частота обновления информации об ориентации, Гц 1-10 1-10 Около 1

К таким приборам относятся гироскопы, звездные координаторы, солнечные датчики, датчики горизонта и магнитометры Каждый из этих приборов обладает своими характерными особенностями, определяющими их использование в системах ориентации КА различного назначения Анализ современных систем ориентации показывает, что наибольшее распространение получили системы, основанные на сочетании гироскопов и звездных координаторов

Важнейшим свойством гироскопов является их высокая помехозащищенность и способность непрерывно определять параметры движения КА независимо от факторов космического пространства Тенденции развития гироскопии привели к созданию многочисленного семейства устройств, отличающихся друг от друга принципами построения, габаритами, энергопотреблением и, что весьма важно, стоимостью

Многолетний опыт космических полетов показывает, что коррекция дрейфов гироскопов с достаточной точностью может быть произведена только по показаниям бортовых оптикоэлектронных датчиков, сводные данные о которых приведены в табл 2 Как видно из таблицы, максимальная точность определения параметров ориентации достигается благодаря применению звездных координаторов Опыт эксплуатации приборов звездной ориентации семейства БОКЗ, созданных в ИКИ РАН, а также приборов зарубежных производителей показал их высокую надежность и помехозащищенность

Таблица 2 Параметры приборов ориентации КА

Звездный координатор Солнечный датчик Датчик местной вертикали

Точность(За) 1-15" 1-5' 1-6'

Количество чувствительных осей, 3 2 2

Масса, кг 2-4 0 5-0 8 кг 2-4 кг

Энергопотребление, ВТ 6-12 3-6 10

Частота выдачи информации об ориентации, Гц 1-10 5-20 0,2-20

Допустимая угловая скорость, град/с 1-2,5 5-10 5-10

Традиционный путь развития звездных координаторов в ИКИ РАН уже привел к созданию приборов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО, достаточных для прямого управления КА по их показаниям в штатном режиме эксплуатации Частота обновления информации об ориентации в этих приборах составляет 4 Гц, а диапазон рабочей угловой скорости доходит до 2,5 град/с В ряде зарубежных аналогов достигнуты еще более высокие показатели по быстродействию (10 град/с, 10 Гц), удовлетворяющие - требованиям всех типов КА

В качестве аргумента против использования звездных координаторов на борту без поддержки другими измерительными устройствами выступают нештатные ситуации, возникающие вследствие засветки поля зрения прибора ярким небесным объектом, таким как Солнце и Земля, или превышение допустимой для прибора угловой скорости КА Однако анализ таких ситуаций показывает, что они весьма редки и имеют незначительную продолжительность, что позволяет использовать гироскопы относительно низкой точности для определения параметров углового движения КА в такие периоды времени

Анализ систем ориентации российских и зарубежных КА, основанных на сочетании гироскопических приборов и звездных координаторов, позволяет сделать ряд выводов Во-первых, видна тенденция к перераспределению функций между звездным координатором и гироскопом Если раньше хранение параметров ориентации возлагалось на высокоточные гироскопы, изредка корректируемые по показаниям звездных координаторов, то теперь оптикоэлектронные приборы эксплуатируются ? непрерывном режиме, а гироскопы используются для их поддержки

В последних российских КА, таких как "Ресурс-ДК", "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427", звездные координаторы уже работают в контуре управления движением совместно с гироскопами средней точности В то же время на КА связи "Ямал-100" и "Ямал-200" обеспечение

непрерывной орбитальной ориентации осуществляется только с использованием звездных координаторов БОКЗ и БОКЗ-У

Во-вторых, видно, что точностные и динамические характеристики систем ориентации КА не ухудшаются при переходе от использования редко корректируемых высокоточных гироскопов к использованию малогабаритных гироскопов среднего класса точности при их квазюнелрерыв-ной астрокоррекции Это подтверждается практикой работы КА ДЗЗ высокого разрешения "Ресурс-ДК"

В-третьих, взаимодействие гироскопов и звездных координаторов на КА "Ресурс-ДК", "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427" осуществляется через бортовую вычислительную машину (БВМ) Она решает задачи астрокоррекции гироскопов и формирования априорной информации об ориентации для быстрого восстановления работоспособности звездного координатора после его засветки

Гораздо рациональнее организовать постоянную взаимную поддержку двух источников информации внутри одного интегрированного прибора На основе анализа современного состояния и перспектив развития гироскопов и звездных приборов показано, что такая интеграция технически возможна при использовании твердотельных волновых гироскопов, волоконно-оптических гироскопов и микромеханических гироскопов Она позволяет оптимизировать аппаратные и программные средства, что ведет к снижению массы, габаритов и энергопотребления командно-измерительного комплекса системы ориентации

Во второй главе, основываясь на анализе российских и зарубежных звездных координаторов, а также тенденции их совершенствования, показано, что приоритетным направлением развития приборов является повышение частоты обновления информации об ориентации и расширение диапазона рабочей угловой скорости при сохранении точностных характеристик (рис 1) Одновременно с этим будут улучшаться такие характеристики приборов как помехозащищенность, надежность функционирования, радиационная стойкость и габаритно-массовые показатели

Рис 1 Основные направления развития звездных координаторов

Достижение успеха в перечисленных направлениях напрямую связано с появлением все более совершенных чувствительных элементов и процессоров, а также эффективных бленд, позволяющих использовать светосильные объективы Более того, в следующих поколениях российских звездных координаторов планируется достигнуть показателей быстродействия, перекрывающих требования всех типов КА

Доказательство всего перечисленного строится на основе математического моделирования работы звездных приборов БОКЗ-МФ и БОКЗ-М60 Точность и быстродействие звездных координаторов во многом зависят от процедуры определения направления на одиночную звезду, для чего проводится анализ выполнения этой процедуры в приборах БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО Для этого моделируется изображения звезд различной величины на ПЗС-матрице приборов при учете собственных шумов видеотракта, фотонных шумов от Солнца и самих звезд, а также угловой скорости КА Моделирование шумов выполняется на основе псевдослучайных разыгрываний значений различных случайных величин методом Монте-Карло В результате этого исследования получены оценки точности определения параметров трехосной ориентации в зависимости от параметров объектива и чувствительного элемента, коэффициента подавления боковой засветки блендой, шумов видеотракта, времени экспонирования и угловой скорости КА

Кроме того, показано, что такой расчет хорошо сходится с экспериментом и может использоваться как для прогнозирования показателей вновь разрабатываемых приборов, так и для исследования существующих В результате расчета показано, что построение эффективной од-нокаскадной бленды и использование радиационно стойкого чувствительного элемента с разрешением 1000x1000 в следующих поколениях приборов семейства БОКЗ позволит достичь частоты обновления информации 10 Гц и диапазона рабочей угловой скорости 10 град/с Такие

чувствительные элементы существует, а новая бленда находится на стадии конструирования

Другим результатом проведенного исследования является, полученная расчетным путем зависимость точности определения параметров ориентации приборами БОКЗ-МФ и БОКЗ-М от величины угловой скорости

В заключение этой главы следует вывод, что традиционный путь развития звездных координаторов позволяет повысить быстродействие до уровня, требуемого для прямого управления КА любого назначения Однако такое развитие не устраняет недостатка, связанного с возможностью возникновения временных засветок приборов Поэтому перспективно встраивание малогабаритных датчиков угловой скорости в состав звездного координатора

В третьей главе

Один из способов встраивания датчиков угловой скорости в звездный координатор - использование аналого-цифрового преобразования сигналов с датчиков и передача их в процессор звездного координатора Учитывая успехи современной микроэлектроники, такой способ довольно прост в реализации и требует введения минимального количества дополнительных элементов в звездный координатор, а именно датчиков угловой скорости и АЦП Поэтому интегрированный прибор вы^рь вает в надежности, энергопотреблении и габаритно-массовых показателях по сравнению с конструктивно разделенным звездным координатором и гироскопическим прибором

Такая схема имеет также свои недостатки - аналого-цифровое преобразование искажает сигнал с датчиков угловой скорости, что приводит к дополнительным ошибкам при интегрировании кинематических уравнений Анализ этих ошибок показывает, что для приведения величины ошибок дискретизации к уровню 10-20% от величины собственных ошибок датчиков угловой скорости (АР\Л/) нужно выполнять следующие рекомендации При построении схемы согласования сигналов с датчиков угловой скорости и вычислительного ядра необходимо добиваться, чтобы один разряд АЦП был в несколько раз меньше с к о входного сигнала Такие рекомендации были учтены при встраивании датчиков угловой скорости в звездный координатор БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО

Для определения параметров углового движения по показаниям датчиков угловой скорости используют математическую моде>1ь датчиков Параметрами модели обычно выступают смещение нуля и масштабный коэффициент датчиков, а также функции систематического изменения этих величин от температуры (термокомпенсационная функция), линейного ускорения или значения самой угловой скорости (нели-

нейность). Кроме того, требуется определить направление чувствительных осей датчиков в системе координат звездного координатора.

В данной работе представлен комплекс методик и средств, позволяющих определять параметры модели датчиков угловой скорости внутри звездного координатора. Эти методики и средства были апробированы при создании звездных координаторов БОКЗ-МФ и БОКЗ-бО, в состав которых включены низкоточные датчики угловой скорости, выполненные по технологии МЭМС.

Основным инструментом исследования, калибровки и отработки датчиков угловой скорости в составе интегрированного прибора выступает трехосный поворотный стенд, разработанный в рамках данной работы. Перед началом его разработки были сформулированы требования к стенду и произведен анализ аналогичных устройств, который показал, что гораздо дешевле изготавливать стенд из трех одноосных поворотных платформ.

Выбранные одноосные поворотные платформы имеют обратную связь и позволяют определять свой угловой поворот с достаточно высокой точностью. Программное обеспечение поворотного стенда, реализованное в управляющем компьютере, позволяет определять ориентацию системы координат испытуемого прибора в инерциальном пространстве. Для повышения точности определения этой ориентации разработаны методики, позволяющие калибровать поворотный стенд с помощью гониометра и звездного координатора (рис. 2), работающего с изображениями реального звездного неба.

Рис. 2. Динамичная часть стенда с установленным на нее звездным координатором БОКЗ-МбО.

Этот стенд имеет возможность работы как в лабораторных, так и в полевых условиях При работе в полевых условиях на стенд устанавливается интегрированный прибор, звездный координатор которого определяет ориентацию датчиков угловой скорости в инерциальном пространстве по реальному звездному небу Осуществляя запрограммированные повороты, стенд позволяет исследовать, калибровать и отрабатывать функционирование интегрированного прибора Следует заметить, что предложенный способ точностной калибровки датчиков угловой скорости в интегрированном приборе значительно дешевле использования традиционных стендов

При работе на стенде в лабораторных условиях к динамической части стенда добавляется оптическая Она устанавливается на бленду звездного координатора интегрированного прибора, так что может двигаться вместе с ним на поворотной части стенда Оптическая часть стенда состоит из коллиматора и мини-дисплея, позволяющих воспроизводить изображение участка звездного неба, которое регистрируется звездным координатором интегрированного прибора Отображаемый участок звездного неба перемещается в соответствии с движением поворотной части стенда

Программное обеспечение, формирующее изображение участков звездного неба, уже давно отлажено на существующем в ИКИ РАН оптическом стенде отработки и калибровки звездных координаторов Оно позволяет моделировать функционирование звездного координата при таких помехах как заряженные частицы и фоновая засветка, а также движение КА При совмещении оптической части с поворотной платформой такую возможность получает и интегрированный прибор Успешный опыт использования существующего стенда в ИКИ РАН показывает, что отработка на нем приборов серии БОКЗ позволяет исключить ошибки их программного обеспечения и повысить надежность функционирования

В четвертой главе представлена функциональная схема алгоритма работы интегрированного прибора (рис 3) Программно-алгоритмическое обеспечение прибора выполняет процедуры расчета параметров ориентации по показаниям звездного координатора и вектора угловой скорости по показаниям датчиков угловой скорости После этого вычисленные данные используются для взаимной поддержки звездного координатора и датчиков угловой скорости, и вычисления параметров ориентации КА

и

. ii(t)

U„ T, - сигналы угловой скорости и температуры с 1-го датчика угловой скорости, qk - кватернион ориентации, вычисленный по показаниям звездного координатора в момент времени tk,

k,k, b,k, am, a2ik - масштабный коэффициент, смещение нуля и коэффициенты термокомпенсационной функции 1-го датчика угловой скорости, вычисленные в момент времени tk,

W,k - проекции вектора угловой скорости на оси приборной системы координат,

qsm, £2 - кватернион ориентации и вектор угловой скорости, полученные в результате

фильтрации

Рис 3 Функциональная схема алгоритма работы интегрированного прибора

Анализ функционирования звездных координаторов семейства БОКЗ в различных режимах показал, что надежность и время решения задачи определения ориентации прибором напрямую связаны с априорной информацией В интегрированном приборе такая 'информация поступает от датчиков угловой скорости и используется для "подсказки" звездному координатору при возникновении значительного углового ускорения КА или при засветке поля зрения прибора Солнцем или Землей

Такая функция реализована в программном обеспечении приборов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО

Другая процедура программного обеспечения выполняет квазинепрерывную калибровку параметров модели датчиков угловой скорости В работе разработан алгоритм, автоматически калибрующий смещение нуля датчиков, их масштабный коэффициент и термокомпенсационную функцию Как показал эксперимент с датчиками угловой скорости, изготовленными по технологии МЭМС, эти параметры модели могут меняться во времени вследствие воздействия ионизирующего излучения Как показали эксперименты, такая калибровка существенно увеличивает точность оценивания параметров углового движения по показаниям датчиков угловой скорости

Другая функция программного обеспечения интегрированных приборов производит совместную адаптивную фильтрацию показаний звездного координатора и датчиков угловой скорости с учетом кинематики КА При этом увеличивается точность оценивания параметров углового движения КА по сравнению с "сырыми" измерениями приборов

В данной работе приведены оценки точности (полученные расчетным путем) определения вращательного движения при фильтрации показаний звездных координаторов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО и датчиков угловой скорости различных производителей средней и низкой точности (ТВГ, ВОГ, ММГ)

При засвётке поля зрения интегрированного прибора или превышения угловой скорости КА допустимой для звездного координатора величины, параметры ориентации вычисляются путем интегрирования кинематических уравнений Анализ методической ошибки интегрирования кинематических уравнений показывает, что для интегрирования показаний датчиков угловой скорости низкой и средней точности на коротких промежутках времени достаточно использования метода интегрирования 1-го порядка

При встраивании датчиков угловой скорости, выполненных по технологии МЭМС, в состав звездных координаторов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МФ практически не было использовано дополнительных элементов (за исключением самих датчиков), а представленные программные процедуры реализованы в общем процессоре прибора Масса прибора при этом увеличилась всего на 30 г, а энергопотребление меньше чем на 0,5 Вт При этом прибор стал способен решать целевую задачу в диапазоне угловых скоростей до 40 град/с и при засветке поля зрений прибора Время одного цикла измерений позволяет обновлять параметры ориентации и угловой скорости с частотой 4 Гц, причем на любом участке космического полета

Полученные в данной работе результаты позволяют встраивать и более высокоточные датчики угловых скоростей в состав звездных координаторов и тем самым создать высокоточный прибор массой до 3 кг

достаточный для управления параметрами углового движения любого типа КА

Заключение

Основные результаты, представленные в диссертации, состоят в следующем

1 На основе анализа современного состояния и тенденций развития командно-измерительных приборов системы ориентации КА, а также экспериментов проведенных на КА "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427" и "Ресурс-ДК" показано, что интеграция датчиков угловой скорости, выполненных по технологии ТВГ, ВОГ или МЭМС, в звездный координатор является технически возможной и целесообразной Интеграция позволяет улучшить многие характеристики системы управления ориентацией КА такие как, масса, габариты, энергопотребление, надежность и стоимость

2 Разработан комплекс методик и средств, позволяющий встраивать датчики угловой скорости в состав звездного координатора семейства БОКЗ и проводить их исследование, калибровку и отработку

3 Разработан трехосный стенд, позволяющий проводить отработку функционирования интегрированного прибора, моделируя внешние для прибора условия на всех этапах космического полета Такая отработка предоставляет возможность исправить ошибки программно-алгоритмического обеспечения прибора, и тем самым повысить его надежность

4 Проведенный анализ алгоритмов функционирования интегрированного прибора показал, что совместная обработка информации от двух взаимодополняющих источников информации позволяет существенно повысить точность определения параметров ориентации и угловой скорости КА, а также повысить надежность и быстродействие приборов Показано, что такие алгоритмы реализуются в одном процессоре прибора семейства БОКЗ

5 Изложенные выше результаты апробированы при создании первых в России интегрированных приборов ориентации КА, представляющих собой звездные координаторы БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО со встроенными датчиками угловых скоростей низкой точности, выполненными по технологии МЭМС Эти приборы способны обеспечить прямое управление КА на всех этапах космического полета

Работы, опубликованные по теме диссертации

1 Разработка и исследование характеристик трехосного блока определения угловых скоростей на основе технологии МЭМС /Р В Бессонов, С В Дятлов, А А Крупин, М И Куделин //Авиакосмическое приборостроение М 2007 № 9 С 16

2 Звездный координатор БОКЗ-М и перспективы его развития /Аванесов Г А , Форш А А , Бессонов Р В , Зиман Я J1 , Куделин М И , Залялова Р Г //Интегрированные навигационные системы Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции, 28-30 мая 2007 СПб Государственный научный центр Российской Федерации ЦНИИ "Электроприбор" 2007 С 199

3 Integrated Instruments for Spacecraft Autonomous Navigation /G A Ava-nesov, RV Bessonov, Ya L Ziman, M I Kudelin, A A Forsh //7-th International Symposium Reducing the Costs of Spacecraft Ground Systems and Operation, Moscow, 11-15 June, 2007

4 Бессонов P В Комплексирование приборов астроориентации совместно с низкоточными датчиками угловой скорости и аппаратурой спутниковой навигации //Тезисы докладов 5-ой международной конференция "Авиация и космонавтика 2006", Москва, 23-26 октября 2006 М Изд-во МАИ, 2006 С 269

5 Бессонов Р В Разработка автономного прибора угловой ориентации на основе звездных датчиков и низкоточных датчиков угловой скорости //Тезисы докладов научно-технической конференции ФГУП "РНИИ КП", посвященной 60 - летию предприятия, Москва, 10-12 октября, 2006 М ФГУП "РНИИ КП" 2006 С 138

6 Бессонов Р В Комплексирование навигационной аппаратуры как путь развития системы управления космического аппарата //Тезисы докладов Международной научно-технической конференция "Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах", Сочи, 2-13 октября 2006 М Радио и связь 2006

7 Интегрирование командных приборов как путь оптимизации системы управления движением КА /Аванесов Бессонов Р В Карелов А И //Материалы выездного семинара "Космическое приборостроение", Россия, Таруса, 7-9 июня 2006 М ИКИ РАН, 2007 С 43

8 Комплексирование навигационной аппаратуры КА с целью повышения ее автономности, надежности и помехозащищенности /Бессонов Р В , Карелов А И //Тезисы докладов конференции молодый ученых, посвященная дню космонавтики "Фундаментальные и прикладные космические исследования", 12 апреля 2006, М ИКИ РАН 2006 С 42

9 Перспективы развития приборов космической ориентации Бессонов Р В Материалы X международной конференции и V Российской научной школы, Сочи, 2-13 октября 2005 М Радио и связь 2006

10 Интегрирование низкоточных датчиков угловых скоростей в приборе астроориентации /Бессонов Р В , Карелов А И //Тезисы докладов конференции молодый ученых, посвященная дню космонавтики "Фундаментальные и прикладные космические исследования", 12 апреля 2005 М ИКИ РАН 2006 С 35

055/02/2 Ротапринт ИКИ РАН

Москва, 117997, Профсоюзная, 84/32

Подписано к печати 07 02 2008

Заказ 2123

Формат 70x108/32 Тираж 100

0,9 уч -изд л

Основные используемые сокращения

Введение

1 Анализ функциональных возможностей измерительных приборов систем ориентации космических аппаратов

1.1 Назначение и состав измерительного комплекса системы ориентации космических аппаратов

1.2 Обзор современной гироскопии.

1.3 История развития и современное состояние приборов звездной ориентации

1.4 Сравнительный анализ зисздиых координаторов, солнечных датчиков и датчиков горизонта.

1.5 Особенности функционирования систем ориентации, измерительный комплекс которых основан па звездном координаторе и гироскопе.

2 Анализ точностных и динамических характеристик звездных координаторов

2.1 Основные направления развития звездных координаторов

2.2 Системы координат.

2.3 Общее устройство прибора.

2.4 Выбор основных параметров прибора

2.5 Точность определения направления на звезду.

2.6 Расчет параметров ориентации.

2.7 Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных.

3 Методики и средства исследования характеристик датчиков угловых скоростей в составе интегрированного прибора

3.1 Анализ ошибок дискретизации при счислении угла по показаниям датчиков угловой скорости

3.2 Обзор и исследование поворотных платформ.

3.3 Трехосный поворотный стенд и его калибровка.

3.4 Математическая модель датчиков угловой скорости и экспериментальное определение ее параметров.•

3.5 Методика определения направления осей чувствительности датчиков угловой скорости в системе координат инерциального модуля или интегрированного прибора

4 Алгоритм функционирования интегрированного прибора

4.1 Режимы функционирования звездного координатора

4.2 Калибровка параметров модели датчиков угловой скорости

4.3 Определение вращательного движения КА по показаниям звездного координатора и датчиков угловой скорости.

4.4 Ошибки интегрирования кинематических уравнений.

4.5 Алгоритм функционирования прибора и его аппаратная реализация.

История развития систем управления ориентацией космических аппаратов (КА) берет свое начало от ракетной техники времен Великой отечественной войны. Специалисты ракетной техники тех лет стремились создать высокоточную инерциальнуго систему управления, основу которой составляла прецизионная гироскопическая платформа [40]. Это направление доминировало и в США. К 70-ым годам прошлого века гироскопические фирмы довели технологию производства приборов до грани возможного. Однако системы, основанные на гироплатформах, не позволяли выполнять любые развороты и маневры КА вследствие ограничений движения в карданном подвесе. Стремление создать систему ориентации, не ограничивающую движение КА, привели к разработке бесплатформснных инерциальных навигационных систем (БИНС). В таких системах сложная механика карданного подвеса заменялась пе менее сложной математикой. Реализация таких систем требовала вычислителя, математическое обеспечение которого выполняет интегрирование кинематических уравнений по показаниям датчиков угловой скорости. Начало плавного перехода от платформенных систем ориентации к БИНС в пашей стране было положено в начале 70-ых годов. Использование БИНС позволяло отказаться от сложной конструкции карданного подвеса и существенно уменьшить массово-габаритные характеристики системы управления [33, 11, 13].

Однако БИНС требовали начальной ориентации и, как любые гироскопические системы, нуждались в периодической коррекции. Поэтому неотъемлемой частью системы управления становились уже отработанные к тому времени оптические и инфракрасные астроприборы. Такие приборы позволяли определить направление на астрономические объекты: Землю, Солнце и звезды. Наибольшее распространение получили датчики горизонта, которые позволяли определить ориентацию двух осей КА относительно Земли. Для построения трехосной ориентации в 70-80 гг. использовались астроприборы, принцип действия которых был основан на слежении за выбранным астроориентиром и автоматическом совмещении направления оптической оси прибора с направлением на астроориентир [16, 17, 26]. С помощью таких приборов осуществлялась начальная выставка гироскопических систем и их периодическая астрокоррекцня. Сложность процедуры астрокоррекции, выполнение которой прерывало решение целевой задачи КА, подталкивало технический прогресс в двух направлениях. С одной стороны, такая ситуация стимулировала разработку более высокоточных гироскопов с возможно малыми величинами собственных дрейфов. Со временем это привело к созданию целого ряда гироскопов, основанных на различных физических принципах и обладающих различными точностными и массово-габаритными характеристиками. В другом направлении велись изыскания по созданию' более совершенных и удобных в использовании астроприборов. В результате в конце 80-х годов стали появляется первые звездные координаторы, основанные на ПЗС-матрице н способные определять трехосную ориентацию по любому участку звездного неба.

Современные модификации звездных координаторов, обладая массой в несколько килограммов, определяют ориентацию с точностью до единиц угловых секунд. В последнее десятилетие существенно повысились технические характеристики звездных координаторов, а именно увеличились частота обновления информации об ориентации и диапазон рабочих угловых скоростей За счет этого стало возможным проводить квазинепрерывную калибровку гироскопов, практически полностью, исключая их дрейф. Кроме того, на рынке начали появляться малогабаритные, относительно недорогие волоконно-оптические гироскопы и вибрационные гироскопы средней точности. В связи с этим стало целесообразным сочдшше высокоточных компактных систем ориентации на основе непрерывно работающего звездного координатора и гироскопа средней точности. Основной задачей гироскопов в таких системах становится определение параметров ориентации и угловой скорости в периоды неработоспособности звездного координатора. Такие ситуации возможны при засветке ноля зрения звездного координатора ярким небесным объектом (например, Солнцем) или при превышении величины допустимой для прибора угловой скорости КА. Как показывает практика, такие ситуации редки и имеют продолжительность не более 15 мин. Кроме того, в современных системах ориентации но показаниям гироскопов бортовая вычислительная машина осуществляет выдачу априорной информации для звездного координатора. Благодаря этому уменьшается время решения целевой задачи звездным координатором и увеличивается надежность его работы.

Построение высокоточных систем ориентации на основе непрерывно работающего звездного координатора и малогабаритного гироскопа средней точности давно стало нормой за рубежом. К примеру, по такому принципу построены системы ориентации КА ДЗЗ С^шскВпс! и \Уогк1Ую\у, на которых достигнута точность привязки элементов видеоизображения к земной поверхности 6-8 м без использования наземных ориентиров. Такие системы начали появляться и у нас в стране (КА "Ресурс-ДК", "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427"). Однако, как в России, так и за рубежом, система ориентации строится на конструктивно разделенном звездном координаторе и гироскопическом приборе. Информационный обмен между приборами требует постоянного взаимодействия с бортовой вычислительной машиной. Было бы гораздо проще, если бы постоянная взаимная поддержка двух источников информации была организована в одном интегрированном приборе. В результате этого вполне реально создать прибор массой 2-3 кг, способный определять параметры ориентации с точностью единиц угловых секунд па всех участках космического полета [5]. Интеграция позволяет оптимизировать аппаратную и программную части измерительного комплекса системы ориентации КА, а также существенно сократить количество внешних связей. Малые габариты интегрированного прибора позволяют создавать недорогие стенды для комплексной наземной отработки его функционирования. Наземная отработка исключает ошибки алгоритмического обеспечения и повышает надежность прибора.

Интегрированные приборы уже начали появляться. В декабре 2006 года на орбиту выведен КА TacSat-2 (тактическая разведка ВВС США) с установленным на борту интегрированным прибором ISC (Inertial Stellar Compass), разработанным лабораторией им. Дрейпера [48]. В качестве гироскопа в данном приборе используются датчики угловой скорости, выполненные по технологии МЭМС. Аналогичный интегрированный прибор, с существенно более высокими точностными показателями, разработан в ИКИ РАН в рамках данной работы. Первый запуск такого прибора запланирован в проекте "Фобос-Грунт".

Следует заметить, что дальнейшее развитие системы управления КА также целесообразно вести по интеграционному пути. В частности, следующим шагом в объединении чувствительных элементов в одном приборе станет совмещение связки звездный координатор - гироскоп с приемно-вычислительным устройством систем спутниковой навигации и системой хранения времени. Первичная проработка этого вопроса показала возможность создания компактного интегрированного прибора, по сути, представляющего собой универсальный астроинерциальный нсшигациопно-измерительный инструмент, решающий задачу управления движением КА на всех этапах полета. Подобные проработки ведутся и американскими специалистами Такой интегрированный прибор в перспективе может напрямую быть совмещен с исполнительными органом системы управления движения КА. При этом исключаются временные задержки, возникающие в современных системах управления движением КА, при прохождении информации от измерительного комплекса в исполнительные органы через бортовую вычислительную машину. Бортовая вычислительная машина в таком случае может выполнять командные и диспетчерские функции.

Если рассматривать интеграционный путь развития, отчетливо видно, что вся современная бытовая техника уже давно двигается в этом направлении. Достижения, полученные благодаря использованию интеграционного подхода, прослеживаются 6 практически во всех областях техники- от микроэлектроники до автомобильной индустрии Коммуникатор размером меньше ручки, включающий вычислительное ядро с операционной системой Windows Mobile, сенсорный дисплей, телефон, фото и видеокамеру и приемник сигналов GPS сегодня не вызывает удивления. При сравнении современных уровней развития космического приборостроения и бытовой техники может показаться странным, что космический звездный прибор стоимостью десять миллионов рублей по ряду параметров находится позади среднего цифрового фотоаппарата ценой десять тысяч рублей. Такая ситуация затрагивает не только звездный прибор, а космическое приборостроение в целом, и связана с существенной разницей в размере оборотных средств между отраслями. Например, компания Nokia, производящая мобильные телефоны, имеет оборот только в России около 5$ млрд , а на США приходится до 10$ млрд. Такие цифры сравнимы с бюджетом российского космического агентства, который расходуется па разработку, запуск и обслуживание десятка космических проектов, сотню организаций и тысячи людей. Таким образом, вложения в новые разработки в корпорациях, производящих бытовую технику, определяются спросом, тогда как в космическом приборостроении - национальным валовым продуктом. Отставание уровня космической техники дает возможность предположить направление ее дальнейшего развития по аналогии с путем, пройденным производителями при разработке бытовой аппаратуры.

Выводы

1. Одной из функций программно-алгоритмического обеспечения, реализованного в приборах БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО, является квазинепрерывная калибровка параметров модели датчиков угловой скорости по показаниям звездного координатора. Такая калибровка существенно увеличивает точность оценивания параметров углового движения по данным датчиков угловой скорости.

2. Как показал эксперимент, параметры модели МЭМС датчиков угловой скорости, используемых в приборах БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО, меняются вследствие воздействия ионизирующего излучения. Таким образом, квазинепрерывная калибровка снижает влияние космической радиации на датчики угловой скорости, что косвенно повышает надежность функционирования приборов.

3. Другая функция, которую выполняет программное обеспечение приборов БОКЗ-МФ и БОКЗ-МбО- это формирование "подсказки" для звездного координатора по показаниям датчиков угловой скорости. Эта функция увеличивает надежность и сокращает время решения задачи определения ориентации программными процедурами звездного координатора.

4. Еще одна функция программного обеспечения- совместная адаптивная фильтрация показаний^ звездного координатора и датчиков угловой скорости, с учетом кинематики КА. При этом увеличивается точность оценивания параметров углового движения КА по сравнению с "сырыми" измерениями приборов.

Заключение

Анализ тенденций развития гироскопических приборов и датчиков звездной ориентации, а также создаваемых на их основе систем управления параметрами углового движения КА показывает, что в последнее десятилетие наметилась возможность перераспределения функций между основными командными устройствами. Если раньше параметры углового движения, в основном, измерялись с помощью гироскопов, на которые возлагалась задача длительного храпения базовых параметров ориентации, и их показания изредка корректировались с помощью оптических приборов, то теперь, в связи с успехами в области создания высокоточных датчиков звездной ориентации, стало возможным сделать их основным источником измерений, а гироскопы использовать лишь в качестве средств поддержки.

Именно с таким предложением выступил ИКИ РАН в 2002 году, основываясь на опыте эксплуатации приборов семейства БОКЗ на КА "Ямал"и МКС. Предложение было поддержано ЦСКБ "Прогресс"и реализовано на КА, разрабатываемых этим предприятием: "Космос-2410", "Космос-2420", "Космос-2427"и "Ресурс-ДК". Эксплуатация этих КА в режиме резервной ориентации показала высокую надежность и точность звездных приборов следующего поколения и дала толчок к дальнейшему развитию конструкторской мысли. По мнению автора, следующим шагом в развитии командных приборов должна стать интеграция звездного датчика и гироскопа.

В рамках данной работы предпринята попытка доказать, что интеграция звездного координатора с гироскопом возможна, технически оправданна и целесообразна, что она ведет к улучшению таких параметров системы ориентации как масса, габариты, энергопотребление, точность, надежность и стоимость. Доказательство всего перечисленного строитсяиа основе исследования современного состояния и перспектив развития высокоточных датчиков звездной ориентации как в России, так и за рубежом. Здесь автор считает, что уже созданные в ИКИ РАН звездные координаторы достаточны для управления КА по их измерениям в штатных режимах эксплуатации.

Традиционный путь развития звездных координаторов ведет к увеличению их точности и быстродействию, но не позволяет исключить возникновения нештатных ситуаций, вызванных засветкой поля зрения приборов Солнцем или Землей. Анализ таких нештатных ситуаций показывает, что они весьма редки и имеют незначительную продолжительность, что позволяет использовать относительно низкоточные гироскопы для определения параметров ориентации КА в такие промежутки времени. Исследование современного состояния в гироскопии показывает, что уровень миниатюризации датчиков, выполненных по технологии МЭМС, ТВГ, ВОГ, позволяет встраивать их в состав звездного координатора.

Автор показывает, что алгоритмы функционирования интегрированного прибора обеспечивают взаимную поддержку входящего в его состав звездного координатора и гироскопа. По измерениям гироскопа прибор формирует априорную информацию для звездного координатора, которая повышает надежность п ускоряет решения задачи восстановления его работоспособности после нештатной ситуации. Звездный координатор обеспечивает квазинепрерывную калибровку гироскопа, что повышает точность оценивания параметров угловой скорости по его показаниям.

Совместная обработка данных от двух источников информации увеличивает точность определения параметров углового движения КА. Проведенное исследование показывает, что алгоритмические процедуры интегрированного прибора реализуются в процессоре одного звездного координатора семейства БОКЗ, а согласование сигналов процессора с гироскопом практически не требует дополнительной элементной базы.

Перечисленные преимущества демонстрируют приборы БОКЗ-МФ и ВОКЗ-МбО. Встраивание ннзкоточных датчиков угловой скорости в эти приборы не привело к заметному увеличению массы и энергопотребления, однако существенно расширило функциональные возможности - приборы стали способны определять параметры углового движения на всех этапах космического полета.

Для исследования, калибровки и отработки датчиков угловой скорости внутри звездного координатора в ргшках данной работы разработан комплекс методик и средств, достаточный для создания интегрированного прибора. В результате исследования и калибровки определяется математическая модель датчиков угловой скорости, на которой базируются алгоритмы интегрированного прибора. По мнению автора, основным инструментом исследования и отработки должен стать трехосный поворотный стенд, также разработанный в рамках данной работы. Использование этого стенда предоставляет возможность отработать функционирование прибора на всех стадиях космического полета, найти ошибки программно-алгоритмического обеспечения п тем самым повысить надежность.

Разработанные в рамках данной работы методики и средства были апробированы при создании приборов БОКЗ-МФ и ВОКЗ-МбО. Эти приборы имеют единственный аналог в мире - ннерцнальпый звездный компас (ISC), разработанный в лаборатории Ч. Дрейпера Как российские, так и американские приборы основаны на гироскопах относительно низкой точности, которые не позволяют в полной мере раскрыть достоинства интеграционного подхода. Следующим шагом в развитии этого направления должно стать создание высокоточного интегрированного прибора ориентации КА, способного обеспечить прямое управление КА ДЗЗ высокого и сверхвысокого разрешения. Для воплощения этих планов в жизнь в пашей стране необходимы целевые инвестиции. Представленная работа позволяет создать такой прибор уже сегодня.

Основные положения диссертационной работы и полученные в ходе ее выполнения результаты опубликованы в следующих источниках:

1. Разработка и исследование характеристик трехосного блока определения угловых скоростей на основе технологии МЭМС. /Р. В. Бессонов, С. В. Дятлов, А. А. Крупин, М. И. Куделин //Авиакосмическое приборостроение. М.: 2007.№ 9. С. 16.

2. Звездный координатор БОКЗ-М и перспективы его развития. /Аванесов Г.А., Форш A.A., Бессонов РВ., Зиман Я.Л., Куделин М.И., Залялова Р.Г. //Интегрированные навигационные системы. Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции, 28-30 мая 2007. СПб.: Государственный научный центр Российской Федерации ЦНИИ "Электроприбор". 2007. С. 199.

3. Integrated Instruments for Spacecraft Autonomous Navigation. /G.A. Avanesov, R.V. Bessonov, Ya.L. Ziman, M.I. Kudelin, A.A. Forsh. //7-th International Symposium Reducing the Costs of Spacecraft Ground Systems and Operation, Moscow, 11-15 June, 2007.

4. Бессонов P.B. Комплексирование приборов астроориентации совместно с низкоточными датчиками угловой скорости и аппаратурой спутниковой навигации //Тезисы докладов 5-ой международной конференция "Авиация и космонавтика 2006", Москва, 23-26 октября 2006. М.: Изд-во МАИ, 2006. С. 269.

5. Бессонов Р.В. Разработка автономного прибора угловой ориентации на основе звездных датчиков и низкоточных датчиков угловой скорости //Тезисы докладов научно-технической конференции ФГУП "РНИИ КП", посвященной 60 - летиго предприятия, Москва, 10-12 октября, 2006. М. ФГУП "РНИИ КП". 2006. С. 138.

6. Бессонов Р.В. Комплексирование навигационной аппаратуры как путь развития системы управления космического аппарата //Тезисы докладов Международной научно-технической конференция "Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий в инновационных проектах", Сочи, 2-13 октября 2006. М.: Радио и связь. 2006.

7. Интегрирование командных приборов как путь оптимизации системы управления движением КА. /Аванесов. Бессонов Р.В. Карелов А.И. //Материалы выездного семинара "Космическое приборостроение", Россия, Таруса, 7-9 июня 2006. М.: ИКИ РАН, 2007. С. 43.

8. Комплексирование навигационной аппаратуры КА с целью повышения ее автономности, надежности и помехозащищенности. /Бессонов Р.В., Карелов А.И. //Тезисы докладов конференции молодый ученых, посвященная дню космонавтики "Фундаментальные и прикладные космические исследования", 12 апреля 2006, М.: ИКИ РАН. 2006. С. 42.

9. Перспективы развития приборов космической ориентации. Бессонов Р.В. Материалы X международной конференции и V Российской научной школы, Сочи, 2-13 октября 2005. М.: Радио и связь. 2006.

10. Интегрирование низкоточных датчиков угловых скоростей в приборе астроориентации. /Бессонов Р.В., Карелов А.И. //Тезисы докладов конференции молодый ученых, посвященная дню космонавтики "Фундаментальные и прикладные космические исследования", 12 апреля 2005. М.: РЖИ РАН. 2006. С. 35.

1. Аванесов Г.А., Зиман Я.Л., Красиков В.А., Снеткова Н.И., Собчук В.Г., Форш A.A. Алгоритмы определения ориентации космического аппарата по бортовым астроизмерениям // Известия ВУЗов. Приборостроение, 2003, Т. 46, №4, стр 31 — 37.

2. Авапесов Г.А., Дроздова Т.Ю., Куделип М.И., Никитин A.B., Форш A.A. Оптический солнечный датчик. / Интегрированные навигационные системы. Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции.

3. Аванесов Г.А , Зиман Я.Л., Полянский И.В., Форш A.A. Телевизионные звездные координаторы (краткий обзор) Пр-2038, 2001. 14 с.

4. Г.А. Аванесов, A.A. Форш, Р.В. Бессонов, Я.Л. Зиман, М.И. Куделин, Р.Г. Залялова. Звездный координатор БОКЗ-М и перспективы его развития. /Интегрированные навигационные системы. Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции.

5. Айфичер, Эммануил С., Джервис, Барри У. Цифровая обработка сигналов: практический подход, 2-е издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2004. - 992 с.

6. Аллен.-К.У.-Астрофизические.велинины: Пер.с.англ. Изд. 2, переаб. и доп. 1977. 448 с.

7. Бажинов И.К., Ястребов В.Д Навигация в совместном полете космических кораблей «Союз» и «Аполлон» М.: Наука, 1978. 224 с.

8. П.И. Бакулин, Э. В. Кононович, В.И. Мороз. Курс общей астрономии. Гл. ред. Физ.-мат. лит. Изд. «Наука». М., 1977, 544

9. Бортовые системы навигации и ориентации искусственных спутников Земли/О.Н.Анучин, И.Э.Комарова, Л.Ф.Порфильев. — СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2004. — 326 с. ISBN 5-900780-53-8.

10. Бранец В.H., Шмыглевский И.П. Введение в теорию бесплатформенных навигационных систем. — М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1992. — 280 с. — ISBN 5-02-014284-0.

11. Воронков C.B. Исследование природы длинных треков, возникающих на ПЗС-матрице блока определения координат звезд под воздействием протонных вспышек. Препринт ИКИ РАН. Пр-2071. 2002. М. 14 с.

12. Гироскопические приборы и системы. Учеб. для вузов под ред. Д.С. Пельпора.2.е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. Шк., 1988. — 424 с.

13. Датчики, приборы и системы авиакосмического приборостроения и морского приборостроения в условиях тепловых воздействий/В.Г. Джашитов, В.М.Панкратов/Под общ. ред. академика РАН В.Г. Пешехонова. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005.- 404 с.

14. Зарубежные космические аппараты. Справочник. Гонти-1, 1974.

15. Зиман Я.Л., Томилова A.A. Определение ориентации КА по снимкам звезд. Космические исследования, 1969, т. 7, вып. 2, с. 291-298

16. Ивандиков Я.М. Оптические приборы наведения и ориентации космических аппаратов М.: Машиностроение, 1971. 208 с.

17. Изнар А.Н., Павлов A.B., Федоров Б.Ф. Оптико-электронные приборы космических аппаратов М.: Машиностроение, 1977. 368 с.

18. Катыс П.П. Автоматическое сканирование М.: Машиностроение, 1969. 520 с.

19. Квазиус Г., Маккэнлес Ф. Проектирование систем астронавигации М., Изд-во Мир, 1970. 304 с.

20. Коновалов С.Ф., Никитин Е.А., Селиванова JI.M. Гироскопические системы. Проектирование гироскопических систем. Ч. III. Учеб. пособие / Под. ред. Д.С. Пельпора. — М.: Высш. школа, 1980. — 128 с.

21. Коркишко Ю.П., Федоров В.А., Прилуцкий В.Е., Пономарев В.Г. Волоконно-оптический- гироскоп навигационного класса точности. / Интегрированные^, навигационные системы. Материалы XIV Санкт-Петербургской международной конференции.

22. Г. Кори, Т Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М., 1970, 720 с.

23. Космическая съемка Земли. Спутники оптической съемки Земли с высоким разрешением: — М.: ИПРЖР, 2001. е.: ил. ISBN 5-88070-060-7

24. Космические аппараты/Под общ. ред. К. П. Феоктистова. М.: Воениздат, 1983.319 е., ил. — (Ракетно-космический комплекс).

25. Кочетков В.И. Управление ориентацией космических аппаратов астрономическими методами М.: Изд-во МАИ, 1998. 256 с.

26. Н.В. Смирнов, И.В. Дунин-Барковский. Курс теории вероятности и математической статистики для технических приложений. Изд. «Наука», Гл. ред. физ-мат. лит., М. — 1969. —511 с.

27. Малинин В.В. Моделирование и оптимизация оптнко-электронных приборов с фотоприемными матрицами / В.В. Малин. Новосибирск: Наука, 2005. - 256 с.

28. Мартыпенко Ю.Г. Тенденции развития современной гироскопии // Соровский Образовательный журнал. 1997. №11. С. 120-127.

29. Метод Монте-Карло и смежные вопросы, изд. 2-е, С.М. Ермаков. Гл. ред. Физ.-мат. лит. Изд. «Наука». М., 1975, 472 с.

30. Опадчпй Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (полный курс): Учебник для вузов. Под ред. О.П. Глудкина. М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 768 с.

31. Ориентация и навигация подвижных объектов: современные информационные технологии / Под. ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. 424 с. - ISBN 5-9221-0735-6.

32. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. В.М. Бранец, И.П. Шмыглевский. Главная редакция физико-матматической литературы, Изд-во «Паука», М., 1973, 320 стр.

33. Romanteev. Романтеев Н.Ф., Хрунов Е.В. Астрономическая навигация пилотируемых космических кораблей. М., «Машиностроение», 1976, с. 232.

34. Разыграев А.П. Основы управления полетом космических аппаратов и кораблей. М., «Машиностроение», 1977, 472 с.36. «СОЛЮТ» НА ОРБИТЕ. Колл. авт. «Машиностроение», 1973, с. 160.

35. Устройство слежения за звездами с диссектором в качестве чувствительного элемента-(обзор) // Вопросы ракетной техники, 1968 №12 с. 57 — 71.

36. Фарелл, Лилсстрэнд Навигационная система для космических летательных аппаратов // Электроника, 1966 №6, с. 33 44.

37. Чемоданов Б.К. и др. Астрослсдящие системы М.: Машиностроение, 1977. 304 с.

38. Черток Б.Е. Ракеты и люди. Лунная гонка — М.:, Машиностроение, 1999. — 2-е изд. 538 с.

39. А.А. Форш., Ю.М. Чесноков. Оптимизация и выбор параметров ТВ-камер звездных координаторов. Препринт ИКИ РАН. Пр-2078. 2003. М. 14 с.

40. Эскобал П. Методы определения орбит. Пер. с английского М.: «Мир» , 1970

41. Якушенков Ю.Г., Луканцев В.Н., Колосов М.П. Методы борьбы с помехами в оптико-электронных приборах. — М.: Радио и связь, 1981. — 180 с.

42. Якушенков Ю.Г. Оптические системы фотоэлектрических устройств М.: Машиностроение, 1966. 160с.

43. Якушенков Ю.Г. Основы теории и расчета оптико-электронных приборов Изд-во «Советское радио», 1971. 336 с.

44. Applied Inertial Navigation: Problems and Solutions. O.S. Salychev. BVSTU Press, 2004, 302 p ,

45. Definition the Spacecraft Attitude. Yan L. Ziman. SPACE BULLETIN, Vol.1, No.4,1994.

46. Draper. T. Brady, S. Backley. The inertial stellar compass: a multifunctional, low power, attitude determination technology breakthrough. AAS-03-003, American As-tionautical Society.

47. IEEE Std 952-1997, "Guidance and test Procedure for Single Axis Interferometric Fiber Optic Gyros", p.63.

48. HDOS HD-1003 star tracker, Cassidy, Lawrence W. Proc. SPIE Vol. 2466, p. 93-99, Space Guidance, Control, and Tracking, 06/1995.

49. The HE-5AS Star Tracker: In-flight performance evaluation. H. Bonde. 30th Annual AIAA/USU Conference of Small Satellite, 2007.

50. Jorgesen J. L et al. The Probe Satellite Star Tracker Performance, Abstract in Small Satellite for Earth Observation, 4th Int. Symp. of the IAA, pp 201-206, 2003.

51. Recursive Attitude Prediction. Hye-Young Kim, Jer-Nan Juang, and John L. Junkins. The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 48, No. 2, April-September 2000, pp. 409-421.

52. Spacecraft Attitude Determination Using Gyros and Quaternion Measurements. Glenn Creamer. The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 44, No. 3, July-September 1996, pp. 357-371.