СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ДВУХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗЕМНЫХ СТАНЦИЙ И ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ОПОРНОЙ РЕПЕРНОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2024 года по МПК G01S5/00 

Изобретение относится к области космонавтики, а именно к технике выполнения траекторных измерений и определения параметров орбиты космического аппарата (КА), и может быть использовано на наземных и бортовых комплексах управления полетом КА для точного определения текущих параметров движения КА.

Известен способ определения координат КА [1]. Для реализации данного способа последовательно выполняют следующие действия:

размещают на позициях с известными координатами приемную радиотехническую станцию (ПРТС) и не менее трех приемных опорных реперных станций (ПОРС);

принимают и записывают радиосигналы КА совместно с метками времени с помощью ПРТС и указанных ПОРС в момент времени t₀;

передают из каждой ПОРС в ПРТС записанные радиосигналы КА совместно с метками времени;

с помощью корреляционной обработки измеряют значения взаимных временных задержек между радиосигналами, записанными ПРТС, и каждой из

вычисляют координаты КА, используя указанные разности дальностей.

К недостатку способа [1] относят относительно невысокую точность определения координат К А, обусловленную необходимостью синхронной записи радиосигналов К А с помощью HP ГС и не менее трех ПОРС.

Известен способ определения координат КА [2]. Для реализации данного способа последовательно выполняют следующие действия:

размещают на позициях с известными координатами приемопередающую радиотехническую станцию (ППРТС) и не мене двух излучающих опорных реперных станций (ИОРС);

в момент времени t₀ синхронно излучают тестовые радиосигналы с помощью ППРТС и указанных ИОРС;

принимают и записывают тестовые радиосигналы после их ретрансляции КА с помощью ППРТС и указанных ИОРС;

с помощью корреляционной обработки измеряют значения взаимных временных задержек между переданными и принятыми радиосигналами для ППРТС и каждой из ИОРС;

рассчитывают дальности от КА до ППРТС и каждой из ИОРС;

передают из каждой ИОРС в ППРТС рассчитанное значение дальности;

вычисляют координаты КА, используя рассчитанные дальности.

К недостатку способа [2] относят относительно-невысокую точность определения координат КА, обусловленную необходимостью синхронной излучения и записи тестовых радиосигналов КА с помощью ППРТС и не менее двух ИОРС.

Из известных способов наиболее близким аналогом (прототипом) предлагаемого способа по технической сущности является способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций и излучающей опорной реперной станции [3]. Для реализации данного способа последовательно выполняют следующие действия:

размещают ПРТС К на позиции с известными координатами,

выбирают основной космический аппарат (ОКА) и смежный космический аппарат (СКА) с неизвестными координатами;

устанавливают на земной поверхности ИОРС на позиции с известными координатами х_Н, y_Н, z_H,

излучают в момент времени t₀ тестовый радиосигнал с помощью ИОРС;

принимают реализации тестового радиосигнала с помощью ПРТС после его ретрансляции ОКА и СКА; измеряют в ПРТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_H1 иΔt_H2 между переданным тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА;

принимают в момент времени to с помощью ПРТС радиосигналы, переданные выбранными земными станциями (ЗС) In размещенными на позициях с известными координатами x_In, y_In, z_In, где n=1…N - номер ЗС, N≥4;

для каждой n-й ЗС I_n измеряют в НРТС значения временных задержек между принятыми радиосигналами после их ретрансляции от ОКА и СКА соответственно;

на основе временных задержек радиосигналов системы вычисляют координаты ОКА и СКА.

Недостатком способа прототипа [3] является относительно-невысокая точность определения координат двух КА, обусловленная отсутствием возможности выбора нужного количества ЗС с требуемой топологией (максимальными взаимными удалениями).

Техническим результатом при использовании заявленного способа является повышение точности определения координат ОКА и СКА за счет совместного использования ППРТС, земных станций и ИОРС.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций и излучающей опорной реперной станции (по патенту №2787890) включающим: размещение радиотехнической станции (РТС) и ИОРС на позициях с известными координатами x_K, y_K, z_K и x_H, y_H, z_H соответственно, выбор начальных значений параметров орбит ОКА и СКА, имеющих общий участок диапазона частот линии "вверх" и пересекающиеся зоны покрытия, выбор земных станций, значения номиналов излучаемых частот которых входят в диапазоны частот линии”вверх” ОКА и СКА и каждая из ЗС находится одновременно в зонах покрытия ОКА и СКА, излучение в момент времени to тестового радиосигнала ИОРС со значением номинала частоты ƒ_H, прием реализаций тестового радиосигнала с помощью РТС после его ретрансляции ОКА и СКА, измерение в РТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значений временных задержек Δt_H1, и Δt_H2 между переданным тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА, прием в момент времени t₀ с помощью РТС радиосигналов, переданных земными станциями и ретранслированных ОКА и СКА, на основе временных задержек радиосигналов системы, а также известных координат РТС, ЗС и ИОРС вычисление координат ОКА x₁, y₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ в момент времени t₀, в качестве РТС используют приемно-передающую радиотехническую станцию (ППРТС).

Выбирают ЗС, размещают ППРТС и ОИРС так, чтобы взаимные расстояния между ними были максимальными, а их позиции одновременно находились бы в зонах покрытия ОКА и СКА в момент времени t₀.

Излучают в момент времени t₀ тестовый радиосигнал ППРТС со значением номинала частоты ƒ_K. Принимают реализации тестового радиосигнала с помощью ППРТС после его ретрансляции ОКА и СКА. Измеряют в ППРТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_K1, и Δt_K2 между переданным тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА. Рассчитывают длины траектории ОКА - ППРТС и СКА - ППРТС используя значение измеренных временных задержек , Δt_K1 и Δt_K2.

Рассчитывают длины траектории ИОРС - ОКА и ИОРС - СКА используя значение измеренных временных задержек Δt_H1, Δt_H2 и рассчитанных длин траекторий ОКА - ППРТС и СКА - ППРТС.

Для каждой ЗС с известными координатами x_1n, y_1n, z_1n, где n=X…N - номер ЗС, N≥2, измеряют в ППРТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временной задержки Δt_n между принятыми радиосигналами после их ретрансляции ОКА и СКАсоответственно. Для каждой ЗС рассчитывают разницу длин ΔR_n траекторий n-я ЗС - ОКА и n-я ЗС - СКА на основе измеренных временных задержек Δt_n.

Используя рассчитанные длины траекторий ОКА - ППРТС и СКА -ППРТС, рассчитанные длины траекторий ИОРС - ОКА и ИОРС - СКА, рассчитанные разницы длин ΔR_n траекторий n-я ЗС - ОКА и n-я ЗС - СКА, известные координаты ППРТС x_K, y_K, z_K, ЗС x_H, y_H, z_H, и ИОРС x_H, y_H, z_H, вычисляют координаты ОКА х₁,у₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂.

Значения номиналов излучаемых частот ƒ_H и ƒк и тестовых радиосигналов входят в диапазоны частот на линии “вверх” для ОКА и СКА.

Благодаря перечисленной новой совокупности существенных признаков, за счет использования ППРТС на позиции с известными координатами x_K, y_K, z_K, ИОРС на позиции с известными координатами x_H, y_H, z_H, а также ЗС I_n размещенных на земной поверхности на позициях с известными координатами x_In, y_In, z_In, где n=1…N - номер ЗС, N≥2 достигается цель изобретения: повышение точности определения координат двух КА - ОКА и СКА.

Заявленные изобретения поясняются чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - структурная схема системы определения координат двух К А - ОКА и СКА с использованием ППРТС, двух ЗС и ИОРС;

на фиг. 2 - схема алгоритма расчета координат ОКА и СКА с использованием ППРТС, двух ЗС и ИОРС;

на фиг. 3 - схема выбора ЗС и выбора значений номиналов частот тестовых радиосигналов ППРТС и ИОРС с учетом диапазонов частот линии "вверх" ОКА и СКА и номиналов излучаемых частот ЗС;

на фиг. 4 - схема выбора ЗС и выбора района установки ИОРС с учетом зон покрытия ОКА и СКА;

на фиг. 5 - пример схемы топологии размещения ППРТС, двух ЗС и ИОРС.

Основополагающей предпосылкой настоящего изобретения является наличие помимо ОКА S\, через который организуется канал связи междуземными станциями, СКА S₂, который способен ретранслировать те же самые радиоизлучения что и ОКА, но с большим ослаблением и другой частотой переноса. Таким образом, возможно получение за счет корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_n [4] между радиосигналами принятыми от ОКА S\ и СКА S₂, принятых радиосигналов после их ретрансляции ОКА S₁ и СКА S₂ соответственно для каждой из выбранных ЗС I_n. Кроме того, в настоящем изобретении используют значения временных задержек Δt_K1 и Δt_K2 между излученным и принятыми тестовыми радиосигналами ППРТС после ретрансляции ОКА и СКА соответственно и временных задержек , Δt_H1 и Δt_H2 между излученным и принятыми тестовыми радиосигналами ИОРС после ретрансляции ОКА и СКА соответственно.

Система определения координат ОКА x₁,y₁,z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ в момент времени t₀ содержит: ППРТС К с известными координатами x_K, y_K, z_K, ИОРС Н с известными координатами x_H, y_H, z_H, а также N≥2 выбранных ЗС I_n n=1…N (см. фиг. 1) на позициях с известными координатами x_In, y_In, z_In, излучающие радиосигналы в направлениях на ОКА и СКА.

На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - ОКА; 1.1 - расстояние Rs_1I1 между ОКА и первой ЗС; 1.2 - расстояние R_S1K между ОКА и ППРТС; 2 - СКА; 2.1 - расстояние между СКА и первой ЗС Rs_2I{, 2.2 - расстояние Rs₂k между СКА и ППРТС; 3 - ППРТС К; 4 - ИОРС Я; 5 - линия горизонта; 6.1 - первая ЗC_I1 6.2 - вторая ЗС I₂.

Для каждой n-й ЗС возможно ввести обозначения: Rs_1In - расстояния между ОКА S₁ и n-й ЗС I_n; Rs_2In - расстояния между СКА S₂ и n-й ЗС I_n. Для ИОРС возможно ввести обозначения: Rs_1H - расстояния между ОКА S₁ и ИОРС Н; Rs_2H - расстояния между СКА S₂ и ИОРС Н.

На фиг. 1 помимо ИОРС Н представлено две ЗС, как минимально необходимое количество ЗС для однозначного одномоментного определения координат ОКА x₁,y₁,z₁ и СКА х₂,y₂, z₂ по предлагаемому способу.

Заявленный способ определения координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ включает: измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_K1 и Δt_K2 между переданным ППРТС тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА; измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_H1 и Δt_H2 между переданным ИОРС тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА; измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов для каждой n-й ЗС значений временных задержек Δtn, между принятыми радиосигналами после их ретрансляции ОКА и СКА соответственно; расчет координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ на основе указанных временных задержек радиосигналов системы.

Для одномоментного и однозначного определения координат ОКА и СКА по заявляемому способу необходимо использование ППРТС, двух ЗС и ИОРС. Дальнейшее увеличение количества ЗС будет приводить к повышению точности определения координат ОКА и СКА без изменения сущности заявляемого способа.

В качестве примера в приложении А представлен алгоритм определения координат ОКА и СКА с использованием ППРТС К, двух ЗС I_n и ИОРС Н. Выходными результатами представленного алгоритма выступают координаты ОКА x₁,y₁,z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ в момент времени to.

На фиг. 3 в качестве примера представлена схема выбора ЗС, а также номиналов частот излучения тестовых радиосигналов ППРТС /к и ИОРС /н с учетом диапазонов частот линии “вверх” ОКА F_s1 и СКА F_s2, а также диапазонов частот ЗС F₁…F₁₂, расположенных в районах зон покрытия ОКА F_S1 и СКА F_s2. По оси абсцисс на фиг. 5 отложены частоты ƒ, по оси ординат - амплитуды А.

Анализ схемы (фиг. 3) показывает, что в диапазон частот линии “вверх” ОКА F_s1 входят диапазоны частот ЗС F₁…F₁₁. а в диапазон частот линии "вверх" СКА F_s2 входят диапазоны частот F₃…F₁₂ ЗС. Таким образом, одновременно в диапазоны частот линии “вверх” ОКА F_s1 и СКА F_s2, входят диапазоны частот ЗС F₃…F₁₁. На схеме (фиг. 3) введены обозначения номиналов излучаемых частот -ƒ₁…ƒ₉ указанных ЗС F₃…F₁₁.

В качестве номинала частоты излучения тестового радиосигнала ППРТС ƒ_K выбрана средняя частота диапазона F₁₀, поскольку она входит в диапазоны частот линий “вверх” и для ОКА, и для СКА.

В качестве номинала частоты излучения тестового радиосигнала ИОРС ƒ_H выбрана средняя частота диапазона F₁₁, поскольку она входит в диапазоны частот линий “вверх” и для ОКА, и для СКА.

На фиг. 4 в качестве примера представлена схема выбора ЗС с учетом зон покрытия ОКА Ω₁ и СКА Ω₂

На фиг. 4 цифрами обозначены: 1.3 - зона покрытия ОКА Ω_1; 2.3 - зона покрытия ОКА Ω₂, 4 - ИОРС H; 6.1 - первая ЗС I₁; 6.2 - вторая ЗС I₂; 6.3 -третья ЗС I₃; 6.4 - четвертая ЗС I₄; 6.5 - пятая ЗС I₅; 6.6 - шестая ЗС I₆; 6.7 -седьмая ЗС I₇, 6.8 - восьмая ЗС I₈; 6.9 - девятая ЗС I₉.

Анализ схемы (фиг. 4) показывает, что в зоне покрытия ОКА Ω₁ находятся ЗС I₁, I₂ I₃ I₄ I₅ I₆ и ИОРС H, а в зоне покрытия СКА Ω₂ находятся ЗС I₁, I₂ I₃ I₄ I₅ I₆ I₇ и ИОРС H. Таким образом, одновременно в зонах покрытия ОКА Ω₁ и СКА Ω₂ находятся ЗС I₁, I₂ I₃ I₄ I₅ и ИОРС Я.

При выборе ЗС учитывают топологию размещения всех ЗС I_n и ИОРС H от которой зависит точность определения координат ОКА x₁,y₁,z₁ и СКА х₂, y₂, z₂. Под топологией размещения ЗС I_n и ИОРС понимают их взаимное расположение на поверхности Земли. При этом в качестве важных показателей при выборе ЗС выступают взаимные расстояния R_InIm между n-й и m-й ЗС, где m=1…N, m≠n, расстояния R_InK между n-й ЗС и ППРТС, расстояния R_InH между n-й ЗС и ИОРС, расстояние R_KH между ППРТС и ИОРС, которые должны быть максимальными.

На фиг. 5 в качестве примера представлена схемы топологии размещения ППРТС К, двух ЗС I₁, I₂ и ИОРС H для определения координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА Х2, у% z₂. Указанные ЗС выбирались исходя из сопоставления позиционных районов ЗС и ИОРС отображенных на фиг. 4 и фиг. 5, так, что бы взаимные расстояния R_I1K, R_I2K, R_I1H, R_I2H, R_I1I2, R_KH были максимальными.

На фиг. 5 цифрами обозначены: 3 - ППРТС К; 4 - ИОРС H; 5 - линия горизонта; 6.1 - первая ЗС I₁; 6.2 - вторая ЗС I₂; 3.1 - расстояние между ППРТС и первой ЗС R_I1K; 3.2 - расстояние между ППРТС и второй ЗС R_I2K; 3.3 - расстояние между ППРТС и ИОРС и третьей ЗС R_KH; 4.1 - расстояние между ИОРС и первой расстояние между ИОРС и второй ЗС R_I2H; 7 - расстояние между первой и второй ЗС R_I1I2.

Имитационное моделирование на основе программ для ЭВМ [5, 6] заявленных способов показало возможность повышения точности определения координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ по сравнению со способом прототипом на 10…15% (в зависимости от топологии сравниваемых систем).

Источники информации

1. Агиевич С.Н., Беспалов В.Л., Дедовская Э.Г., Матюхин А.С., Подъячев П.А., Севидов В.В. Способ определения параметров орбиты искусственного спутника Земли с использованием приемных опорных реперных станций. Патент №2702098 МПК G01S 5/00 (2006.01). Бюл. №28 от 04.10.19. Заявка №2018127491 от 25.07.18.

2. Агиевич С.Н., Ватутин В.М., Матюхин А.С., Модин М.И., Севидов В.В. Способ определения параметров орбиты искусственного спутника Земли с использованием приемо-передающих опорных реперныхстанций. Патент №2708883. МПК G01S 5/00 (2006.01). Бюл. №35 от 12.12.19. Заявка №2018134855 от 01.10.18.

3. Агиевич С.Н., Андросов В.В., Жбанов И.Л., Журавлев Д.А., Калуцкий Р.П., Севидов В.В., Селезнев А.В., Фокин Г.А., Харченко В.Е. Способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций (ЗС) и излучающей опорной реперной станции (ИОРС). Патент №2787890. МПК G01S 5/00 (2022.08). Бюл. №2 от 13.01.23. Заявка №2022109073 от 05.04.22.

4. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Модель измерения временной задержки и частотного сдвига радиосигнала, принятого от спутника-ретранслятора при определении местоположения земной станции // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт.2016. Том 10. №9. С. 14-18.

5. Волков Р.В., Саяпин В.Н., Севидов В.В. Модель движения искусственного спутника Земли // Программы для ЭВМ №2016611148. Опубл. 27.01.2016. Бюл. №2. Заявка №2015661948 от 08.12.2015.

6. Севидов В.В. Определение координат и параметров движения источника радиоизлучения на основе разностно-временных и разностно-доплеровских измерений // Программы для ЭВМ №2015661288. Опубл. 20.11.2015. Бюл. №11. Заявка №2015618595 от 08.09.2015.

Приложение А

Алгоритм определения координат ОКА и СКА с использованием двух ППРТС, двух ЗС и ИОРС

Алгоритм определения координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ с использованием ППРТС К, размещенной на позиции с известными координатами x_K,y_K, z_K, ЗС I_n, где n=1…N- номер ЗС, N≥2, размещенных на позициях с известными координатами x_In, y_In, z_In и ИОРС Н размещенной на позиции с известными координатами х_Н, y_H, z_H, основан на том, что временным задержкам Δ_tK1 и Δ_tK2 соответствуют длины Rs_1K и Rs_2K траекторий S₁K и S₂K, временным задержкам Δ_tH1, и Δ_tH2 соответствуют длины R_HS1K и R_HS2K траекторий HS₁K и HS₂K соответственно, а каждой из временных задержек Δt_n соответствует разности ΔR_n длин R_Ins1 и R_Ins2 траекторий I_nS₁ и I_nS₂.

В качестве примера в настоящем приложении представлен вариант с ППРТС, двумя ЗС (N=2) и ИОРС как минимально необходимого состава для однозначного одномоментного определения координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ по заявляемому способу.

Для длин Rs_1K и Rs_2K траекторий S₁K и S₂K справедливы уравнения:

где с=3×10⁸ м/с - скорость света в вакууме.

Для длин R_HS12 и R_HS2 траекторий HS₁ и HS₂ справедливы уравнения:

Выражения для длин R_InS1K и R_InS1K траекторий I_nS1K и I_nS2K возможно записать в виде:

Для разностей расстояний от ОКА и СКА ΔR_n до n-й ЗС справедливо:

Составляют систему из шести уравнений (уравнения (АЛ), (А.2), (А.3) и (А.4) и два уравнения (А.7) для n=1 и n=2):

V.

Решением системы уравнений (А. 8), является шесть корней -координаты ОКА x\,y\,z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ в момент времени t₀.

Для расчета координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ в момент времени t₀ с использованием двух ЗС и ИОРС разработан алгоритм, схема которого представлена на фиг. 2.

На этапе 1 производят ввод исходных данных, в качестве которых выступают: момент времени измерения to; координаты ППРТС x_K, y_K, z_K, координаты двух ЗС x_In, y_In, z_In; координаты ИОРС x_H, y_H, z_H; временные задержки Δ_tK1, и Δ_tK2 между излученным и принятым тестовымрадиосигналом ППРТС после его ретрансляции ОКА и СКА соответственно; временные задержки Δ_tH1 и Δ_tH2 между излученным и принятым тестовым радиосигналом ИОРС после его ретрансляции ОКА и СКА соответственно; временные задержки между радиосигналами принятыми от ОКА и СКА для каждой из выбранных ЗС Δt_n; порог точности 6 расчета координат ОКА и СКА.

На этапе 2 рассчитывают длины Rs_1K и Rs_2K траекторий S₁K и S₂K по формулам (А.1), (А.2):

На этапе 3 рассчитывают длины R_HS1u R_HS2 траекторий HS₁ и HS₂ по формулам (А.3), (А.4):

На этапе 4 рассчитывают разности расстояний от ОКА и СКА ΔR_n, до n-й ЗС по формулам

На этапе 5 выбирают, на основе элементов Кеплеровой орбиты ОКА и СКА, координаты опорных точек как первых приближений к координатам ОКА и СКА соответственно.

На этапе 6 рассчитывают длины Rs'_1K и Rs'_2K траекторий S'₁K и S'2K при условии равенства координат ОКА и СКА координатам опорных точек

по формулам:

На этапе 7 рассчитывают длины R_HS'1 и R_HS'1 траекторий HS'₁ и HS'₂ при условии равенства координат ОКА и СКА координатам опорных точек

по формулам:

На этапе 8 рассчитывают разности расстояний от ОКА и СКА ΔR'_n до n-й ЗС при условии равенства координат ОКА и СКА координатам опорных точек по формулам:

На этапе 9 рассчитывают невязки k₁, k₂, k₃, k₄, k₅ и k₆. Невязки k₁ и k₂ рассчитывают как разницы между определенными на этапе 6 длинами траекторий S'₁K и S'₂K, а также длинами R_S1K и R_S2K траекторий S'₁K и S'₂K, определенными на этапе 2 соответственно:

Невязки k₃ и k₄ рассчитывают как разницы между определенными на этапе 7 длинами траекторий HS'₁ и HS'₂, а также длинами Rs_1K uRs_2K траекторий S₁K и S₂K, определенными на этапе 3 соответственно:

Невязки k₅ и k₆ рассчитывают как разницы между определенными на этапе 8 разностями длин ΔR'n, и разностями длин ΔR_n, определенными на этапе 4 соответственно:

На этапе 10 определяют поправки к координатам ОКА Δx₁, Δу₂, Δz₁ и СКА Δх₂, Δу₂, Δz₂.

Для определения поправок к координатам ОКА Δх₁, Δу₁, Δz₁ и СКА Δх₂, Δу₂, Δх₂ предварительно формируют систему линейных уравнений приразложении в ряд Тейлора функций _ с точностью до первых членов:

где частные производные рассчитывают согласно выражениям

с

а расстояния в свою очередь рассчитывают по формулам

Решая систему линейных уравнений (А.9) одним из известных методов, например, методом Крамера, получают поправки к координатам ОКА Δx₁ Δy₁, Δz₁ и СКА КА Δх₂, Δу₂, Δz₂.

На этапе 11 рассчитывают координаты новых опорных точек

Этапы 5-11 в совокупности составляют первую итерацию. Далее итерации повторяют, используя каждый раз новые опорные точки, полученные на предыдущей итерации. Количество необходимых итераций зависит требуемой точности определения координат ОКА и СКА. С точностью определения координат ОКА и СКА напрямую связаны шаги итерации d₁ и d₂ соответственно.

На этапе 12 определяют шаги итерации d₁ и d₂ как расстояния между текущими и предыдущими опорными точками:

На этапе 13 сравнивают d₁ и d₂ с порогом 8, задаваемым на этапе 1.

Необходимое число итераций, как правило, составляет 2…4. В качестве координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ выбирают значения координат опорных точек на последней итерации, вывод которых осуществляют на этапе 14.

В общем случае, когда количество ЗС N≥2, алгоритм определения координат ОКА и СКА остается прежним, с той лишь разницей, что система уравнений (А.8) будет содержать N+4 уравнений. Тогда такую систему уравнений решают, например, методом наименьших квадратов.

Изобретение относится к технике выполнения траекторных измерений, определения координат космических аппаратов (КА) и может быть использовано на наземных и бортовых комплексах управления полетом КА для точного определения текущих параметров движения КА. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения координат КА за счет передачи и приема тестовых радиосигналов приемно-передающей радиотехнической станцией (ППРТС), выбора земных станций (ЗС) и размещения ППРТС, излучающей опорной реперной станции (ИОРС) так, чтобы взаимные расстояния между ними были максимальными, а их координаты одновременно находились бы в зонах покрытия ОКА и СКА в момент времени t₀. Способ определения координат ОКА х_1,y₁и z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ включает: измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_K1 и Δt_K2 между переданным тестовым радиосигналом ППРТС и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА; измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_H1 и Δt_H2 между переданным тестовым радиосигналом ИОРС и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА; измерение в ППРТС за счет корреляционной обработки радиосигналов для каждой n-й ЗС значений временных задержек Δt_n между принятыми радиосигналами после их ретрансляции ОКА и СКА соответственно; расчет координат ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, y₂, z₂ на основе указанных временных задержек радиосигналов системы. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ определения координат двух космических аппаратов с использованием земных станций (ЗС) и излучающей опорной реперной станции (ИОРС), заключающийся в том, что размещают радиотехническую станцию (РТС) и ИОРС на позициях с известными координатами x_K, y_K, z_K и x_H, y_H, z_H соответственно, выбирают начальные значения параметров орбит основного космического аппарата (ОКА) и смежного космического аппарата (СКА), имеющих общий участок диапазона частот линии “вверх” и пересекающиеся зоны покрытия, выбирают земные станции, значения номиналов излучаемых частот которых входят в диапазоны частот линий “вверх” ОКА и СКА, и каждая из ЗС находится одновременно в зонах покрытия ОКА и СКА, излучают в момент времени t₀ тестовый радиосигнал ИОРС со значением номинала частоты ƒ_H, принимают реализации тестового радиосигнала с помощью РТС после его ретрансляции ОКА и СКА, измеряют в РТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_H1 и Δt_H2 между переданным тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА, принимают в момент времени t₀ с помощью РТС радиосигналы, переданные земными станциями и ретранслирванные ОКА и СКА, на основе временных задержек радиосигналов системы, а также известных координат РТС, ЗС и ИОРС вычисляют координаты ОКА х₁, у₁, z₁ и СКА х₂, у₂, z₂ в момент времени t₀, отличающийся тем, что в качестве РТС используют приемно-передающую радиотехническую станцию (ППРТС), выбирают ЗС, размещают ППРТС и ОИРС так, чтобы взаимные расстояния между ними были максимальными, а их позиции одновременно находились бы в зонах покрытия ОКА и СКА в момент времени t₀, излучают в момент времени t₀ тестовый радиосигнал ППРТС со значением номинала частоты ƒ_K, принимают реализации тестового радиосигнала с помощью ППРТС после его ретрансляции ОКА и СКА, измеряют в ППРТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временных задержек Δt_K1 и Δt_K2 между переданным тестовым радиосигналом и его принятыми реализациями после ретрансляции ОКА и СКА, рассчитывают длины траектории ОКА - ППРТС и СКА – ППРТС, используя значения измеренных временных задержек Δt_K1 и Δt_K2, рассчитывают длины траектории ИОРС - ОКА и ИОРС – СКА, используя значение измеренных временных задержек Δt_H1 и Δt_H2 и рассчитанных длин траекторий ОКА - ППРТС и СКА - ППРТС, для каждой ЗС с известными координатамигде n=1…N - номер ЗС, N≥2, измеряют в ППРТС с использованием корреляционной обработки радиосигналов значения временной задержки Δt_n между принятыми радиосигналами после их ретрансляции ОКА и СКА соответственно, для каждой ЗС рассчитывают разницу длин ΔR_n траекторий n-я ЗС - ОКА и n-я ЗС - СКА на основе измеренных временных задержек Δt_n, используя рассчитанные длины траекторий ОКА - ППРТС и СКА - ППРТС, рассчитанные длины траекторий ИОРС - ОКА и ИОРС - СКА, рассчитанные разницы длин AR траекторий n-я ЗС - ОКА и n-я ЗС - СКА, известные координаты ППРТС x_K, y_K, z_K, ЗС и ИОРС x_H, y_H, z_H, вычисляют координаты ОКА x₁,y₁,z₁ и СКА х₂, y₂, z₂.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значения номиналов излучаемых частот ƒ_H и ƒ_K и тестовых радиосигналов входят в диапазоны частот на линии “вверх” для ОКА и СКА.