СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ Российский патент 2006 года по МПК G01C21/24 

Изобретение относится к технике пространственной ориентации и стабилизации движущегося объекта. Оно может использоваться преимущественно в системах автономного управления космических аппаратов (кораблей), ракет, самолетов, морских судов и других объектов при благоприятных условиях для наблюдения звезд.

Под ориентацией здесь понимается определение координат точки нахождения объекта в мировом пространстве, определение и установление заданного положения его геометрических осей в прямоугольной системе координат. Под стабилизацией понимается поддержание углового положения осей движущегося объекта в сориентированном положении.

При ориентации и стабилизации объекта могут использоваться различные координатные системы. Ввиду общеизвестности методик пересчета одной системы координат в другую здесь рассматривается только прямоугольная система координат с началом в точке старта или параллельно перенесенная эта система с началом в точке нахождения объекта.

Физической основой изобретения является постоянство угловых координат звезд - их независимость от перемещения объекта в пределах солнечной системы, независимость от времени в течение столетий (изменение угловых координат для этих условий составляет малые доли угловых секунд, что не влияет на качество ориентации и стабилизации).

Изобретение использует новый принцип формирования опорных направлений в мировом пространстве (без использования гироскопов), основанный на упомянутом выше постоянстве угловых координат звезд, новый способ измерения вектора скорости и ускорения движущегося объекта по излучениям звезд, изложенный в патенте на изобретение № 2227302 и в заявке на изобретение № 2004117733/28 (019174). По этой причине оно не имеет прототипа - близкого по технической сути аналога.

Изобретение позволяет быстро и надежно осуществлять ориентацию и стабилизацию объекта при том же составе технических средств, что используется для измерения векторов скорости и ускорения - основных физических величин, необходимых для решения задач навигации и управления.

Техническая сущность изобретения состоит в следующем.

До начала движения выбирают три звезды, измеряют или определяют по каталогам их угловые координаты,

а во время движения:

- принимают излучения от выбранных звезд,

- осуществляют автосопровождение звезд по угловым координатам,

- измеряют проекции векторов скорости и ускорения объекта на направления звезд, по ним:

- определяют вектор скорости объекта в прямоугольной системе координат,

- определяют точку нахождения объекта в мировом пространстве как интеграл вектора скорости по времени,

- измеряют отклонения геометрических осей объекта от направлений на выбранные звезды,

- сравнивают их с заданными величинами отклонений,

- разность отклонений используют как управляющий сигнал для исполнительных двигателей угловой ориентации и стабилизации объекта.

Под заданной величиной отклонения понимают требуемое из задач и условий полета отклонение осей объекта от направления на выбранную звезду.

Для продольной оси объекта заданным направлением считают направление вектора скорости. Если возникает необходимость сделать заданное направление для этой оси отличным от направления вектора скорости, то к вектору скорости добавляют вспомогательный вектор, сумма которого с вектором скорости дает заданное направление.

Заданное направление поперечной оси объекта определяют из функциональных задач полета - обзора необходимого участка неба, слежения за наземным пунктом управления т.п.

Для определения отклонения осей объекта от заданного направления, как для продольной, так и поперечной оси, может использоваться любая из сопровождаемых звезд. Выбирают ту из них, чье угловое положение больше отличается от заданного, что обеспечивает отсчет положения осей с меньшей ошибкой.

Вся совокупность действий, составляющих сущность изобретения, может быть выполнена с помощью устройств, производимых отечественной промышленностью. Поэтому возможность осуществления изобретения не вызывает сомнения.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах пространственной ориентации подвижных объектов. Технический результат - повышение надежности. Для достижения данного результата определяют вектор скорости объекта в прямоугольной системе координат, определяют интегральные характеристики изменения вектора скорости в функции от направления движения объекта в мировом пространстве. Осуществляют стабилизацию траектории движения подвижного объекта на основе соответствующих оценок в зависимости от выбранных направлений по каталогам карт звездного неба.

Способ пространственной ориентации и стабилизации движущегося объекта, основанный на использовании излучений звезд, постоянства их угловых координат, отличающийся тем, что до начала движения выбирают три звезды, измеряют или определяют по каталогам их угловые координаты, а во время движения принимают излучения от выбранных звезд, осуществляют автосопровождение звезд по угловым координатам, измеряют проекции векторов скорости и ускорения объекта на направления звезд, по ним определяют вектор скорости объекта в прямоугольной системе координат, определяют точку нахождения объекта в мировом пространстве как интеграл вектора скорости по времени, измеряют отклонения геометрических осей объекта от направлений на выбранные звезды, сравнивают их с заданными величинами отклонений и разность отклонений используют как управляющий сигнал для исполнительных двигателей систем угловой ориентации и стабилизации объекта.