gyroscopyГироскопия и навигацияGiroskopiya i Navigatsiya / Gyroscopy and Navigation0869-70352075-0927AO «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»10.17285/0869-7035.2019.27.2.136-149gyroscopy-248Research ArticleСтатьиУточнение модели дрейфа бескарданных ЭСГ для условий орбитального космического аппаратаRefinining the Drift Model of a Strapdown ESG for Orbital SpacecraftРоманенкоС. Г.RomanenkoS. G.

Романенко Светлана Георгиевна. Кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

ЕмельянцевГ. И.Emel’yantsevG. I.

Емельянцев Геннадий Иванович. Доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник

ЛандауБ. Е.LandauB. E.

Ландау Борис Ефимович. Доктор технических наук, главный конструктор

ЛевинС. Л.LevinS. L.

Левин Сергей Львович. Кандидат технических наук, начальник отдела

МедведковА. А.MedvedkovA. A.

Медведков Андрей Александрович. Научный сотрудник

АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, ITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, ITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian FederationАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Университет ИТМО (С.-Петербург).РоссияConcern CSRI Elektropribor, JSC, ITMO University, St. Petersburg, RussiaRussian Federation201914112025272136149Copyright © Романенко С.Г., Емельянцев Г.И., Ландау Б.Е., Левин С.Л., Медведков А.А., 20252025Романенко С.Г., Емельянцев Г.И., Ландау Б.Е., Левин С.Л., Медведков А.А.Romanenko S.G., Emel’yantsev G.I., Landau B.E., Levin S.L., Medvedkov A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gyroscopy.ru/jour/article/view/248

Рассматриваются уточнения модели дрейфа бескарданного электростатического гироскопа (ЭСГ) при работе в условиях маневренного орбитального космического аппарата (КА) дистанционного зондирования Земли. Некоторые из них имеют отношение и к наземному использованию ЭСГ. В статье также анализируется режим квазинепрерывной коррекции бескарданной инерциальной системы ориентации (БИСО) на ЭСГ по «сырым» (несглаженным) данным от астродатчика (АД) с использованием алгоритма обобщенного фильтра Калмана. К особенностям решения задач коррекции выходных данных БИСО и калибровки в этом режиме следует отнести отбраковку недостоверных измерений. Описывается алгоритм решения этой задачи. Модель дрейфа ЭСГ приводится как для режима калибровки системы с целью обеспечения адекватного прогноза уходов ЭСГ на длительном интервале времени, так и для режима квазинепрерывной коррекции в условиях маневрирования КА. Приводятся результаты обработки данных летных испытаний БИСО и АД на одном из КА.

Refinement of the electrostatic gyroscope (ESG) drift model aboard an orbital maneuverable satellite for remote sensing of the Earth’s surface is considered. Some changes of the drift model also hold for the ESG ground-based applications. The paper also analyzes the quasi-continuous correction mode of the ESG-based strapdown inertial attitude reference system (SIARS) using raw (unsmoothed) data from the star tracker and the extended Kalman filter (EKF) algorithm. A special feature of solving the problem of SIARS output data correction and the calibration problem in this mode is rejection of incorrect measurements. The algorithm for this problem solution is described. The ESG drift model is given both for the SIARS calibration mode in order to ensure an adequate prediction of ESG drifts over a long time interval and for the quasi-continuous correction mode under spacecraft maneuvering conditions. The results of data processing of the flight tests of the SIARS and the star tracker aboard one of the spacecraft are discussed.

Электростатический гироскопинерциальная система ориентацииастродатчикорбитальный космический аппарат.Еlectrostatic gyroscopeinertial attitude reference systemstar trackerorbital spacecraft.ReferencesАншаков Г.П., Кирилин А.Н., Лапутин Ю.А. и др. Космический комплекс дистанционного зондирования Земли высокого линейного разрешения на местности «Ресурс-ДК» // Труды 4-й Международной конференции «Авиация и космонавтика–2005». М., 2005. С. 94–95.Anshakov, G.P., Kirilin, A.N., Laputin, Yu.A. et al., Space complex Resurs-DK for remote sensing of the Earth with high linear resolution, Trudy 4 mezhdunarodnoi konferentsii aviatsiya i kosmonavtika–2005 (Proc. 4th Int. Conf. Aviation and Cosmonautics–2005), Moscow: 2005, pp. 94–95.Аншаков Г.П., Мантуров А.И., Усталов Ю.М., Горелов Ю.Н. Управление угловым дви жением космических аппаратов дистанционного зондирования // Полет. 2006. №6. С. 12–18.Anshakov, G.P., Manturov, A.I, Ustalov, Yu.M., and Gorelov, Yu.N., Control of the angular motion of the remote sensing satellites, Polet, 2006, no. 6, pp. 12–18.Аншаков Г.П., Макаров В.П., Мантуров А.И., Мостовой Я.А. Методы и средства управления в высокоинформативном наблюдении Земли из космоса // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, 2007. С. 165–173.Anshakov, G.P., Makarov, V.P., Manturov, A.I., and Mostovoi, Ya.A., Techniques and facilities to control high-resolution imaging of the Earth from space, XIV St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 28-30, 2007, pp.178–185.Аншаков Г.П., Залялова Р.Г. Мостовой Я.А., Типухов В.А. Квазинепрерывная астрокоррекция инерциальных датчиков памяти ДЗЗ // Сборник трудов XV Юбилейной международной конференции по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, 2008. С. 304–311.Anshakov, G.P, Zalyalova, R.G., Mostovoi, Ya.A., and Tipukhov, V.A., Quasi-continuous star monitoring of inertial sensors on Earth remote sensing satellites. XV St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 26-28, 2008, pp. 311–318.Аванесов Г.А., Форш А.А., Бессонов Р.В., Зиман Я.Л., Куделин М.И., Залялова Р.Г. Звездный координатор БОКЗ-М и перспективы его развития // XIV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, 2007. С. 199–205.Avanesov, G.A., Forsh, A.A., Bessonov, R.V., Ziman, Ya.L., Kudelin, M.I., and Zalyalova, R.G., BOKZ-M star tracker and its evolution, XIV St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 28-30, 2007, pp. 219–224.Буравлев А.П., Ландау Б.Е., Левин С.Л. Романенко С.Г. Модель дрейфа бескарданного электростатического гироскопа и идентификация ее параметров // Актуальные проблемы авиационных и аэрокосмических систем: процессы, модели, эксперимент. 2002. №1 (13).Buravlev, A.P., Landau, B.E., Levin, S.L. and Romanenko S.G., A drift model of a strapdown electrostatic gyroscope and identification of its parameters, Aktual’nye problemy aviatsionnykh i aerokosmicheskikh sistem: protsessy, modeli, eksperiment (Present-day problems of aviation and aerospace systems: processes, models, and experiment), no. 1 (13), 2002.Ландау Б.Е., Гуревич С.С., Емельянцев Г.И., Левин С.Л., Романенко С.Г., Одинцов Б.В. Результаты калибровки электростатических гироскопов в бескарданной инерциальной системе ориентации // XV Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, 2008. С. 122–129.Landau, B.E., Gurevich, S.S., Emel’yantsev, G.I., Levin, S.L., Romanenko, S.G., and Odintsov, B.V., The results of calibration of electrostatic gyroscopes in a strapdown attitude reference system, XV St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 26–28, 2008, pp. 132–138.Ландау Б.Е., Левин С.Л, Гуревич С.Г., Емельянцев Г.И., Завгородний В.И., Романенко С.Г., Одинцов Б.В. Наземная отработка методики полетной калибровки БИСО на ЭСГ для орбитальных космических аппаратов с произвольной ориентацией // 19th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, S.-Petersburg, 2012, pp. 127–135.Landau, B.E., Levin, S.L., Gurevich, S.G., Emel’yantsev, G.I., Zavgorodnii, V.I., Romanenko, S.G., and Odintsov, B.V., Strapdown inertial attitude reference system for arbitrary oriented orbital spacecraft: Optimizing the calibration method in ground conditions. 19th St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 29-30, 2012, pp. 127–135.Buchman, S., Lipa, J.A., Keiser, G.M., Muhlfelder, B., and Turneaure, J.P., The Gravity Probe guroscope, Classical and Quantum Gravity, 2015, 32.Buchman, S., Lipa, J.A., Keiser, G.M., Muhlfelder, B., and Turneaure, J.P., The Gravity Probe Gyroscope, Classical and Quantum Gravity, 32 (2015), no. 22, 224004.Ландау Б.Е., Гуревич С.С., Емельянцев Г.И., Левин С.Л., Романенко С.Г. Калибровка по грешностей бескарданной инерциальной системы на ЭСГ в условиях орбитального полета // Гироскопия и навигация. 2010. №1 (68). С. 36–46.Landau, B.E., Gurevich, S.S., Emel’yantsev, G.I., Levin, S.L., and Romanenko, S.G., ErrorМартыненко Ю.Г. Движение твёрдого тела в электрических и магнитных полях. М.: «Наука», 1988.calibration of an ESG-based strapdown inertial system under orbital flight conditions, GiroskopiyaБуравлев А.П., Кузин В.М., Ландау Б.Е., Сумароков В.В. Бескарданный электростатический гироскоп с подвесом на двойных электродах // XXVI конференция памятиН.Н. Острякова. СПб, 2008. С. 17–18.i Navigatsiya, 2011, no. 1 (68), 2010, pp. 36–46.Крамер Г.К., Лидбеттер М. Стационарные случайные процессы (свойства выборочных функций и их приложения). М.: Издательство «Мир», 1969.Martynenko, Yu.G., Dvizhenie tverdogo tela v elektricheskikh i magnitnykh polyakh (SolidЕмельянцев Г.И., Степанов А.П. Интегрированные инерциально-спутниковые системы ориентации и навигации. СПб., 2016. 393 с.Body Motion in Electric and Magnetic Fields), Moscow: Nauka, 1988.Gusinsky, V.Z., Lesyuchevsky, V.M., Litmanovich, Yu.A., Calibration and Alignment of Inertial Navigation Systems with Multivariate Error State Vector, 4th Saint-Petersburg International Conference on Integrated Systems, 26-28 May 1987, pp. 371–378.Buravlev, A.P., Kuzin, V.M., Landau, B.E., and Sumarokov, V.V., A strapdown electrostatic gyroscope with a suspension on double electrodes, Materialy 26 konferentsii pamyati N.N. Ostryakova (Proc. 26th Conf. in Memory of N.N. Ostryakov), St. Petersburg: Elektropribor, 2008, pp. 17–18.Kramer, G.K. and Lidbetter, M., Statsionarnye sluchainye protsessy (svoistva vyborochnykh funktsii i ikh prilozheniya (Stationary Random Processes (Properties of Sample Functions and Their Applications). Moscow: Mir, 1969.Kramer, G.K. and Lidbetter, M., Statsionarnye sluchainye protsessy (svoistva vyborochnykh funktsii i ikh prilozheniya (Stationary Random Processes (Properties of Sample Functions and Their Applications). Moscow: Mir, 1969.Emel’yantsev, G.I. and Stepanov, A.P., Integrirovannye inertsial’nye sputnikovye sistemy orientatsii i navigatsii (Integrated INS/satellite orientation and navigation systems), St.Petersburg: Elektropribor, 2016.Emel’yantsev, G.I. and Stepanov, A.P., Integrirovannye inertsial’nye sputnikovye sistemy orientatsii i navigatsii (Integrated INS/satellite orientation and navigation systems), St.Petersburg: Elektropribor, 2016.Gusinsky, V.Z., Lesyuchevsky, V.M., and Litmanovich, Yu.A., Calibration and alignment of inertial navigation systems with multivariate error state vector, 4th St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 26–28, 1987, pp. 371–378.Gusinsky, V.Z., Lesyuchevsky, V.M., and Litmanovich, Yu.A., Calibration and alignment of inertial navigation systems with multivariate error state vector, 4th St. Petersburg Int. Conf. on Integrated Navigation Systems, St. Petersburg: Elektropribor, May 26–28, 1987, pp. 371–378.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.