RU2732520C1 - Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket - Google Patents
Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket Download PDFInfo
- Publication number
- RU2732520C1 RU2732520C1 RU2019124064A RU2019124064A RU2732520C1 RU 2732520 C1 RU2732520 C1 RU 2732520C1 RU 2019124064 A RU2019124064 A RU 2019124064A RU 2019124064 A RU2019124064 A RU 2019124064A RU 2732520 C1 RU2732520 C1 RU 2732520C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- orientation
- soyuz
- determining
- nap
- determination
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G3/00—Observing or tracking cosmonautic vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Navigation (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области ракетной техники, в частности к устройствам определения ориентации ракеты космического назначения (РКН).The proposed invention relates to the field of rocketry, in particular to devices for determining the orientation of a space rocket (ILV).
Актуальность данного изобретения определяется необходимостью повышения точности определения ориентации ракетоносителя в пространстве, постоянном независимом контроле местоположения и резервирования самого процесса ориентирования РКН.The relevance of this invention is determined by the need to improve the accuracy of determining the orientation of the launch vehicle in space, constant independent control of the location and redundancy of the ILV orientation process itself.
Предпосылки создания изобретения:Background of the invention:
Рассмотрение подходов к решению задачи определения ориентации РН следует начать с уже используемых в ракетной технике устройств, альтернативных использованию устройствам для определения ориентации посредством гироскопов.Consideration of approaches to solving the problem of determining the attitude of the launch vehicle should begin with devices already used in rocket technology, which are alternative to the use of devices for determining attitude using gyroscopes.
Известно устройство, основанное на использовании принципов астронавигации. Этот подход используется в системе управления (СУ) межконтинентальных баллистических ракет, в основном морского базирования. В описанном подходе коррекция положения гиростабилизированной платформы (ГСП) производится путем определения направления на заранее заданные небесные светила. Такой подход по своим точностным характеристикам точнее штатного комплекса командных приборов (ККП) [1], что вполне можно применить для решения задачи определения ориентации. Но финансовые затраты на производство аппаратуры астронавигации, построенной на данном принципе, значительно превышают затраты на изготовление штатного ККП.A device based on the use of the principles of astronavigation is known. This approach is used in the control system (CS) of intercontinental ballistic missiles, mainly sea-based. In the described approach, the position of the gyrostabilized platform (GSP) is corrected by determining the direction to predetermined celestial bodies. In terms of its accuracy characteristics, such an approach is more accurate than the standard set of command instruments (KKP) [1], which can be easily applied to solve the problem of determining the orientation. But the financial costs for the production of astronavigation equipment, built on this principle, significantly exceed the costs of manufacturing a regular PSC.
Известен способ определения ориентации РН с использованием разнесенных антенных устройств навигационной аппаратуры потребителя (НАП). В данном подходе НАП принимает сигналы антенных устройств, находящихся на концах базы, и определяет ориентацию базы в пространстве интерферометрическим методом. Образцов аппаратуры определения ориентации объектов, построенной на данном принципе, для применения в ракетной технике нет. Но погрешность определения ориентации в данном подходе можно оценить по характеристикам аппаратуры МРК-11 ФГУП «НПП «Радиосвязь», построенной с применением рассматриваемого подхода. Погрешность определения угла тангажа данной аппаратурой при базовом расстоянии между антеннами 0,7 метра на порядок превышает погрешность штатных средств определения ориентации РН. Приблизиться к точности штатных средств возможно только путем разнесения антенн описываемой аппаратуры на расстояние 10 метров. Разместить при этом такую аппаратуру на борту РН затруднительно, так как по мере отделения ступеней длина РН может уменьшаться до аварийных 4-5 метров.A known method for determining the orientation of the launch vehicle using spaced apart antenna devices of the consumer's navigation equipment (NAP). In this approach, the NAP receives signals from antenna devices located at the ends of the base, and determines the orientation of the base in space by the interferometric method. There are no samples of equipment for determining the orientation of objects based on this principle for use in rocket technology. However, the error in determining the orientation in this approach can be estimated from the characteristics of the MRK-11 equipment of the FSUE NPP Radio Communication, built using the considered approach. The error in determining the pitch angle by this equipment at a base distance between the antennas of 0.7 meters is an order of magnitude higher than the error of the standard means for determining the LV orientation. Approaching the accuracy of standard equipment is possible only by spacing the antennas of the described equipment at a distance of 10 meters. At the same time, it is difficult to place such equipment on board the launch vehicle, since the length of the launch vehicle can decrease to emergency 4-5 meters as the stages are separated.
В зависимости от физической сущности навигационные параметры делятся на группы:Depending on the physical entity, the navigation parameters are divided into groups:
I. Навигационные параметры, характеризующие положение и перемещение центра масс РКН относительно различных систем отсчета: координаты РКН, ее линейная скорость и ускорение.I. Navigation parameters characterizing the position and displacement of the ILV center of mass relative to various reference systems: ILV coordinates, its linear velocity and acceleration.
П. Навигационные параметры, определяющие перемещение РКН, относительно его центра масс: угловые координаты объекта в горизонтальной системе координат, угловые координаты РКН относительно вектора скорости, угловая скорость перемещения.P. Navigation parameters that determine the movement of the ILV relative to its center of mass: the angular coordinates of the object in the horizontal coordinate system, the angular coordinates of the ILV relative to the velocity vector, the angular velocity of movement.
III. Навигационные параметры, определяющие состояние окружающей среды: параметры атмосферы, параметры магнитного поля Земли.III. Navigational parameters that determine the state of the environment: atmospheric parameters, parameters of the Earth's magnetic field.
IV. Навигационные параметры, характеризующие положение и перемещение РКН относительно других объектов.IV. Navigational parameters characterizing the position and movement of the ILV relative to other objects.
Для РКН используются навигационные параметры I, II группы.For ILV, navigation parameters of groups I, II are used.
Так как на РКН установлена НАП, то существует возможность использовать НАП для определения ориентации РН в полете. В этом случае отпадает необходимость значительной доработки СУ РН, что отразится на стоимости СУ РН.Since the ILV is equipped with an RV, it is possible to use the RV to determine the LV orientation in flight. In this case, there is no need for significant revision of the LV CS, which will affect the cost of the LV CS.
Причинами, препятствующими получению данным устройством и вышеприведенным способом технического результата, который обеспечивается предлагаемым техническим решением, являются низкая точность ориентации РН и высокая стоимость доработки системы управления РН.The reasons that prevent this device and the above method from obtaining the technical result, which is provided by the proposed technical solution, are the low accuracy of the launch vehicle orientation and the high cost of upgrading the launch vehicle control system.
В процессе информационного поиска из уровня техники выявлена система для навигационной избыточности (патент US 7058505 В1, опубликованному 06.06.2006 г. Данная система отличается от заявленного устройства следующим:In the process of information retrieval from the prior art, a system for navigation redundancy was identified (patent US 7058505 B1, published 06.06.2006, This system differs from the claimed device as follows:
- различием получаемых результатов, а именно:- the difference in the results obtained, namely:
система обеспечивает избыточность навигационных параметров I группы с помощью GPS-приемника (положение центра масс объекта и скорости движения центра масс объекта в гринвичской системе координат (ГСК);the system provides redundancy of the navigation parameters of group I using a GPS receiver (position of the center of mass of the object and the speed of movement of the center of mass of the object in the Greenwich coordinate system (GSK);
система обеспечивает проверку работоспособности инерциальных измерительных блоков, входящих в систему управления, путем сравнения навигационных параметров I группы, выдаваемых инерциальными измерительными блоками, с данными, получаемыми с GPS-приемника;the system ensures the operability check of the inertial measuring units included in the control system by comparing the navigation parameters of the first group, issued by the inertial measuring units, with the data received from the GPS receiver;
при определении работоспособности инерциального измерительного блока (совпадении навигационных параметров I группы), в центральный процессор для дальнейшей работы выдается полный набор навигационных параметров (I и II группы (угловое положение и движение объекта относительно центра масс)).when determining the operability of the inertial measuring unit (the coincidence of the navigation parameters of the I group), a complete set of navigation parameters (I and II groups (angular position and movement of the object relative to the center of mass)) are sent to the central processor for further work.
Кроме того, данная система работает только в системе GPS и ГСК, неиспользуемых в СУ отечественной РКТ.In addition, this system works only in the GPS and GSK systems, which are not used in the control system of the domestic rocket and spacecraft.
В составе РКН используется только отечественная элементная база.As part of the ILV, only the domestic element base is used.
Заявленное устройство выдает навигационные параметры I и II группы с помощью информации НАП, установленной на РН, и блока датчика угловых скоростей, и этим самым заменяет работу штатной инерциальной гироскопической системы РКН.The claimed device provides navigation parameters of groups I and II using the information of the NAP installed on the launch vehicle and the angular rate sensor unit, and thereby replaces the operation of the standard inertial gyroscopic system of the ILV.
Заявленное устройство работает, используя сигналы отечественной КНС «ГЛОНАСС» и производит расчет навигационных параметров I и II группы в стартовой системе координат (ССК).The claimed device operates using the signals of the domestic KNS "GLONASS" and calculates the navigation parameters of groups I and II in the starting coordinate system (SSC).
Задачей заявленного изобретения является разработка устройства для определения ориентации РН по информации НАП с использованием блока датчиков угловых скоростей, обеспечивающего возможность с определенной дискретностью получать координаты местоположения центра масс РН и угловое положение продольной оси РН в стартовой системе координат.The objective of the claimed invention is the development of a device for determining the orientation of the launch vehicle according to the information of the NAP using a block of angular velocity sensors, which provides the ability with a certain discreteness to obtain the coordinates of the location of the LV center of mass and the angular position of the LV longitudinal axis in the starting coordinate system.
Заявлено устройство для определения пространственной ориентации ракеты космического назначения (блок 1), снабженное блоками навигационной аппаратуры потребителя (НАП) (блок 2) и трехосного гиростабилизатора (ТГС), отличающееся от известных тем, что содержит блок датчиков угловых скоростей (БДУС) (блок 3), входы которого непосредственно подключены к бортовой цифровой вычислительной машине (БЦВМ) (блок 4), что обеспечивает точное определение полного набора навигационных параметров и выдачу их потребителям (блок 5) РКН в полете и позволяет полностью заменить установленный штатный блок ТГС, показанное схематично на фиг. 1.A device for determining the spatial orientation of a space rocket (block 1), equipped with blocks of consumer navigation equipment (NAP) (block 2) and a triaxial gyro stabilizer (TGS), is declared, which differs from the known ones in that it contains a block of angular velocity sensors (RCDS) (block 3 ), the inputs of which are directly connected to the on-board digital computer (BCVM) (block 4), which ensures accurate determination of the complete set of navigation parameters and their delivery to consumers (block 5) of the ILV in flight and makes it possible to completely replace the installed standard TGS unit, shown schematically in fig. 1.
Блок датчиков угловых скоростей предназначен для измерения мгновенной угловой скорости РН в проекциях на оси ССК, выдачи в БЦВМ (блок 4) цифровой информации об измеряемой угловой скорости.The block of angular velocity sensors is designed to measure the instantaneous angular velocity of the launch vehicle in projections on the SSC axis, and to issue digital information about the measured angular velocity to the onboard computer (block 4).
В состав БДУС входит блок чувствительных элементов, минимально состоящий из трех чувствительных элементов, например, акселерометров.The ODUS includes a block of sensitive elements, at least consisting of three sensitive elements, for example, accelerometers.
Техническим результатом изобретения является получение значений навигационных параметров ориентации РН по информации НАП с условием минимальной доработки СУ РН и повышение точности ориентации, замены (резервирования) используемых на данный момент гироскопических навигационных систем и, как следствие, удешевление и повышение возможности успешного выполнения задач РКН.The technical result of the invention is to obtain the values of the navigation parameters of the LV orientation according to the NAP information with the condition of minimal revision of the control system of the LV and an increase in the orientation accuracy, replacement (reservation) of the currently used gyroscopic navigation systems and, as a consequence, the reduction in cost and increase in the possibility of successfully performing ILV tasks.
Требуемый технический результат достигается тем, что измеренные БДУС угловые скорости совместно с получаемой информацией НАП поступают в арифметико-логическое устройство и там с помощью алгоритмов расчета, определяется местоположение центра масс РН и угловое положение продольной оси РН в ССК.The required technical result is achieved by the fact that the angular velocities measured by the BDUS together with the received information of the NAP enter the arithmetic-logic device and there, using the calculation algorithms, the location of the LV center of mass and the angular position of the LV longitudinal axis in the SSK are determined.
Действие данного устройства заключается в следующем:The operation of this device is as follows:
По измерительной информации НАП арифметико-логическое устройство определяет проекции абсолютного вектора скорости объекта, на котором она установлена.Based on the measurement information of the NAP, the arithmetic-logic device determines the projection of the absolute velocity vector of the object on which it is installed.
Одновременно в арифметико-логическое устройство поступает измерительная информация от БДУС, по которой рассчитывается угловое положение продольной оси РН.At the same time, the arithmetic-logic device receives measurement information from the RCS, according to which the angular position of the LV longitudinal axis is calculated.
Таким образом, по поступающей измерительной информации НАП и БДУС и с помощью алгоритмов расчета арифметико-логического устройства определяется точное местоположение РН в полете.Thus, the exact location of the launch vehicle in flight is determined by the incoming measuring information of the NAP and the BDUS and using the algorithms for calculating the arithmetic-logic device.
Суть определения ориентации РН по информации НАП заключается в сопоставлении ориентации РН с ориентацией вектора кажущегося ускорения в пространстве и определении этого вектора в двух стартовых координатах (СК) по данным НАП и минимально трех акселерометров БДУС. Определение углов ориентации РН осуществляется путем расчета элементов матрицы перехода между этими двумя СК.The essence of determining the orientation of the launch vehicle from the information of the NAP is to compare the orientation of the launch vehicle with the orientation of the apparent acceleration vector in space and determine this vector in two starting coordinates (SC) according to the data of the NAP and at least three accelerometers of the NDUS. The determination of the orientation angles of the launch vehicle is carried out by calculating the elements of the transition matrix between these two SCs.
Таким образом, положительный эффект установки ориентации РН по информации НАП с помощью БДУС состоит:Thus, the positive effect of setting the attitude of the launch vehicle according to the NAP information with the help of the NDUS is:
- в обеспечении ориентации РН по измерениям НАП и БДУС;- in ensuring the orientation of the launch vehicle according to the measurements of the NAP and BDUS;
- в обеспечении необходимой точности ориентации РН;- ensuring the required accuracy of the launch vehicle orientation;
- в дублировании (замене) угловых измерений штатным блоком ТГС;- in duplication (replacement) of angular measurements with a standard TGS unit;
- в невысокой стоимости предлагаемого изобретения;- in the low cost of the proposed invention;
- в использовании сигналов отечественной КНС «ГЛОНАСС»;- in using the signals of the domestic SPS "GLONASS";
- в использовании отечественной элементной базы.- in the use of domestic element base.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION
1. ГОСТ Р 51794-2001. Аппаратура радионавигационная глобальной навигационной спутниковой системы и глобальной системы позиционирования Системы координат Методы преобразований координат определяемых точек Госстандарт России, Москва.1.GOST R 51794-2001. Radio navigation equipment of the global navigation satellite system and the global positioning system Coordinate systems Methods for transforming coordinates of determined points Gosstandart of Russia, Moscow.
2. Под ред. В.И. Варфоломеева и М.И. Копытова. Проектирование и испытания баллистических ракет / - М.: Оборонгиз, 1970. - 392 с., ил.2. Ed. IN AND. Varfolomeeva and M.I. Kopytov. Design and testing of ballistic missiles / - M .: Oborongiz, 1970. - 392 p., Ill.
3. Н.И. Паничкин, Ю.В. Слекушкин, В.П. Шинкин, Н.А. Яцинин. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов: Учебник для средних учебных заведений / - М.: Машиностроение, 1986. - 344 с., ил.3. N.I. Panichkin, Yu.V. Slekushkin, V.P. Shinkin, N.A. Yatsinin. Design and design of spacecraft: Textbook for secondary educational institutions / - M .: Mechanical engineering, 1986. - 344 p., Ill.
4. Пенцак И.П. Теория полета и конструкция баллистических ракет: Учебное пособие для техникумов. - М.: Машиностроение, 1974. - 344 с., ил.4. Pencak I.P. Flight theory and ballistic missile design: A textbook for technical schools. - M .: Mechanical Engineering, 1974 .-- 344 p., Ill.
5. Под редакцией Харисова В.Н., Перова А.И., Болдина В.А. Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС, М., ИПРЖР, 1998 г. - 400 с.5. Edited by V.N. Kharisov, A.I. Perov, V.A. Boldin. Global satellite radio navigation system GLONASS, M., IPRZhR, 1998 - 400 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019124064A RU2732520C1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019124064A RU2732520C1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2732520C1 true RU2732520C1 (en) | 2020-09-18 |
Family
ID=72516463
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019124064A RU2732520C1 (en) | 2019-07-23 | 2019-07-23 | Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2732520C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7058505B1 (en) * | 2004-06-28 | 2006-06-06 | Northrop Grumman Corporation | System for navigation redundancy |
RU2563333C2 (en) * | 2013-07-18 | 2015-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Inertial strapdown system |
RU2654321C1 (en) * | 2016-07-19 | 2018-05-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining coordinates of spacecraft by signals of navigation satellites and device for determining coordinates of spacecraft by signals of navigation satellites |
RU2016148272A (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL ORIENTATION OF SPACE MISSILE Rocket |
-
2019
- 2019-07-23 RU RU2019124064A patent/RU2732520C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7058505B1 (en) * | 2004-06-28 | 2006-06-06 | Northrop Grumman Corporation | System for navigation redundancy |
RU2563333C2 (en) * | 2013-07-18 | 2015-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" | Inertial strapdown system |
RU2654321C1 (en) * | 2016-07-19 | 2018-05-17 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of determining coordinates of spacecraft by signals of navigation satellites and device for determining coordinates of spacecraft by signals of navigation satellites |
RU2016148272A (en) * | 2016-12-08 | 2018-06-08 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL ORIENTATION OF SPACE MISSILE Rocket |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Звездный путь "Прогресса"/Б.В. Беляков; Самара: Изд-во СамНЦ РАН, - 2014, 388 с.: илл.; стр. 326, 327, 354. * |
Звездный путь "Прогресса"/Б.В. Беляков; Самара: Изд-во СамНЦ РАН, - 2014, 388 с.: илл.; стр. 326, 327, 354. Теория гироскопических стабилизаторов: учебноепособие / А.Н. Лысов, А.А. Лысова. - Челябинск Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 117 с.; см. стр.3, 90, 91. * |
Теория гироскопических стабилизаторов: учебноепособие / А.Н. Лысов, А.А. Лысова. - Челябинск Издательский центр ЮУрГУ, 2009. - 117 с.; см. стр.3, 90, 91. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109556632B (en) | INS/GNSS/polarization/geomagnetic integrated navigation alignment method based on Kalman filtering | |
CN106767787A (en) | A kind of close coupling GNSS/INS combined navigation devices | |
EP2583059B1 (en) | Improved north finder | |
CN109556631A (en) | INS/GNSS/polarization/geomagnetic combined navigation system alignment method based on least squares | |
CN104344837A (en) | Speed observation-based redundant inertial navigation system accelerometer system level calibration method | |
Sokolovic et al. | Integration of INS, GPS, magnetometer and barometer for improving accuracy navigation of the vehicle | |
Hirokawa et al. | A Low‐Cost Tightly Coupled GPS/INS for Small UAVs Augmented with Multiple GPS Antennas | |
Sun et al. | Accuracy improvement of SINS based on IMU rotational motion | |
Avrutov et al. | Gyrocompassing mode of the attitude and heading reference system | |
Avrutov | Autonomous determination of initial latitude with an inertial measuring unit | |
Mahmoud et al. | Integrated INS/GPS navigation system | |
Reddy et al. | Advanced navigation system for aircraft applications | |
Lu et al. | In-motion initial alignment and positioning with INS/CNS/ODO integrated navigation system for lunar rovers | |
RU2732520C1 (en) | Device for determination of spatial orientation of soyuz-2 space rocket | |
Kis et al. | Development of state estimation system with INS, magnetometer and carrier phase GPS for vehicle navigation | |
Avrutov et al. | About one method of autonomous determination of the navigation parameters | |
Ge et al. | Research on civil aviation airborne INS/GPS/ADR complementary filtering integrated navigation method | |
RU2776856C2 (en) | Methods for determining the values of orientation angles during the movement of the aircraft and correcting the values of orientation angles | |
Qian | Generic multisensor integration strategy and innovative error analysis for integrated navigation | |
Stanisak | „Inertial Technology: Sensors, Algorithms, and Integration,“ | |
Kumar et al. | Optimized inertial navigation system with kalman filter based altitude determination for aircraft in GPS deprived regions | |
Emel’yantsev et al. | Improving information autonomy of marine SINS | |
RU2727784C2 (en) | Method of autonomous navigation for space object | |
Chen et al. | Target tracking system based on inertial stabilized platform | |
RU2671937C1 (en) | Moving object true course determining method |