Спосіб визначення параметрів руху космічних об’єктів наземними оптичними засобами

Реферат: Спосіб визначення параметрів руху космічних об'єктів наземними оптичними засобами, згідно з яким виконують просторово-часовий прийом локаційного сигналу, який на часовому інтервалі вимірювань представляють у вигляді масиву кутових даних. З вимірювальної системи координат дані переводять у систему шуканих параметрів, що є областю оригіналів, визначають часткові похідні від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами, після чого на основі грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта проводять статистичну обробку виміряних даних і остаточно визначають параметри руху космічного об'єкта на початковий момент часу. Перед визначенням часткових похідних від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами та після переведення масиву кутових даних в область оригіналів вибирають з них перші три значення і переводять їх в область зображень, відносно яких формують диференціальні спектри прогнозованих та апроксимованих даних, шляхом балансу яких проводять визначення грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта. Отриманий результат з області зображень переводять в область оригіналів. UA 79216 U (54) СПОСІБ ВИЗНАЧЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РУХУ КОСМІЧНИХ ОБ'ЄКТІВ НАЗЕМНИМИ ОПТИЧНИМИ ЗАСОБАМИ UA 79216 U UA 79216 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до космічної галузі й може бути застосована для ведення каталогу космічних об'єктів (КО) з метою балістико-навігаційного забезпечення споживачів інформацією різноманітного рівня для з'ясування стану та тенденцій розвитку космічної обстановки. Ефективність ведення каталогу КО обумовлена оперативністю та точністю даних про КО. Оскільки наземні оптичні засоби спостереження (ОЗС) належать до класу високоточних засобів контролю космічного простору, то для рішення задачі визначення повного вектора параметрів орбіти КО є доцільним їх застосування. Незважаючи на те, що якість оцінок залежить як від якості вимірювань, так і від застосованого способу обробки виміряних даних, саме спосіб обробки забезпечує отримання оцінок шуканих параметрів руху КО з високою точністю та високою оперативністю за результатами вимірювань. Відомий спосіб визначення параметрів руху КО [1], що вибраний за прототип. У способіпрототипі, як і в способі, що пропонується, виконують просторово-часовий прийом локаційного сигналу, який на часовому інтервалі вимірювань представляють у вигляді масиву кутових даних, потім з вимірювальної системи координат дані переводять у систему шуканих параметрів, що є областю оригіналів, визначають часткові похідні від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами, після чого на основі грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта проводять статистичну обробку виміряних даних і остаточно визначають параметри руху космічного об'єкта на початковий момент часу. Але на відміну від способу, що пропонується, у способі-прототипі для статистичної обробки виміряних даних які грубі значення параметрів руху використовують цілевказівки від радіолокаційних систем. У випадку непрацездатності радіолокаційних засобів для визначення параметрів руху КО в ОЗС як наближені початкові дані використовують дані з каталогу NORAD. Це призводить до зміщення оцінок шуканих параметрів і, як наслідок, до зниження їх точності. Для підвищення точності шуканих параметрів використовують просторово-часову надмірність вимірювальних даних, чого досягають шляхом вимірювань та обробки траєкторних даних на додаткових 2-3 мірних витках КО. Такі дії, в свою чергу, призводять до зниження оперативності вихідної інформації, а в деяких випадках взагалі унеможливлюють таку обробку. Таким чином, суттєвими недоліками способу-прототипу є його низькі точності та оперативності визначення параметрів руху КО. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення способу визначення параметрів руху КО, щоб забезпечити високу оперативність визначення параметрів руху КО в наземних ОЗС з підвищеною точністю. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення параметрів руху КО наземними оптичними засобами, згідно з яким виконують просторово-часовий прийом локаційного сигналу, який на часовому інтервалі вимірювань представляють у вигляді масиву кутових даних, потім з вимірювальної системи координат дані переводять у систему шуканих параметрів, що є областю оригіналів, визначають часткові похідні від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами, після чого на основі грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта проводять статистичну обробку виміряних даних і остаточно визначають параметри руху космічного об'єкта на початковий момент часу, згідно з корисною моделлю, перед визначенням часткових похідних від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами та після переведення масиву кутових даних в область оригіналів вибирають з них перші три значення і переводять їх в область зображень, відносно яких формують диференціальні спектри прогнозованих та апроксимованих даних, шляхом балансу яких проводять визначення грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта, а отриманий результат з області зображень переводять в область оригіналів. При вимірюваннях параметрів руху КО наземними засобами спостереження наявні випадкові похибки. У зв'язку з цим для оцінки шуканих результатів у ОЗС застосовують статистичну обробку виміряних даних, наприклад, методом Ньютона [2]:      1 ˆ ˆ ˆ X i  X i 1  AiT 1  W  Ai 1  AiT 1  W  Hв им   X i 1   ˆ X де невироджений локальний  55      (1) мінімум квадратичної форми T ˆ ˆ F(X)  Hвим   Xi 1  W  Hвим   Xi 1 ;  - m-мірний вектор виміряних параметрів, що фізично в ОЗС являють собою азимут і кут місця; Hв им - вектор виміряних координат в рівнянні, що характеризує зв'язок вектора виміряних координат  і похибок вимірювань Hв им; 1 UA 79216 U  T 5 - знак операції транспонування; W - вагова матриця; A - матриця часткових похідних першого порядку від вимірювальних функцій за шуканими параметрами; i - номер ітерації за методом. Залежність (1) задає ітераційну процедуру визначення шуканих параметрів руху КО в  10 15 20 25 30 35 40 45     T ˆ наземних ОЗС у вигляді шестипараметричного вектора X  X, Y, Z, X, Y, Z , де X, Y, Z    координати КО, що характеризує його положення, a X, Y, Z - швидкості зміни відповідних ˆ координат. У виразі (1) перший член X i  1 найбільш впливає на шуканий результат, що задається у вигляді апріорних даних. Тому дуже важливо найбільш точно та оперативно визначити саме апріорні дані. Відповідно до цього у проміжку часу - після переведення масиву виміряних кутових даних в систему шуканих параметрів та перед визначенням часткових похідних від параметрів руху КО за наближеними умовами - введені додаткові дії. Вони дозволяють не залежати від зовнішніх інформаційно-вимірювальних засобів і з високою точністю та оперативністю визначати наближені умови руху КО, які і беруться як апріорні дані. При цьому їх визначення з підвищеною точністю виконується лише за один мірний виток КО. Таким чином, корисна модель, що пропонується, забезпечує суттєве підвищення точності та оперативності визначення параметрів руху КО наземними ОЗС. Заявлений спосіб визначення параметрів руху КО наземними оптичними засобами виконують у такій послідовності: 1. Виконують просторово-часовий прийом локаційного сигналу, який на часовому інтервалі вимірювань представляють у вигляді масиву кутових даних. 2. З вимірювальної системи координат дані переводять у систему шуканих параметрів, наприклад в абсолютну геоцентричну систему, що представляє собою область оригіналів. 3. З отриманих даних, переведених в область оригіналів, вибирають перших три значення і шляхом диференціальних перетворень переводять їх в область зображень, відносно яких формують диференціальні спектри прогнозованих та апроксимованих даних. Для цього використовують, наприклад метод найменших квадратів [2] та математичний апарат диференціальних перетворень [3]. Це дає змогу прискорити отримання оцінок шуканих параметрів та спростити реалізацію представлення прогнозованих та апроксимованих даних в області зображень. 4. Проводять визначення грубих початкових параметрів руху КО, які по суті є наближеними умовами. Таку операцію виконують застосуванням балансу диференціальних спектрів. При цьому для пошуку наближених умов у вигляді шести параметрів орбіти КО за виміряними кутовими даними складають та прирівнюють один до одного диференціальні спектри відповідних реалізацій. Їх розгляд дозволяє визначити грубі початкові параметри руху КО за вимірами лише кутових координат ОЗС. 5. Отриманий результат з області зображень переводять в область оригіналів. 6. Визначають часткові похідні від параметрів руху КО за наближеними умовами. 7. На основі грубих початкових параметрів руху КО проводять статистичну обробку виміряних даних і остаточно визначають параметри руху КО на початковий момент часу. Експериментальне підтвердження Переваги застосування запропонованого способу з'ясовували шляхом моделювань з використанням програмного пакета Maple. Дослідження проводили у діапазоні одного мірного витка КО у трьох випадках. У першому випадку як наближені початкові дані використовували дані з каталогу NORAD, у другому - від радіолокаційних засобів, у третьому - запропонованим способом. Отримані дані представлені в таблиці, де  r та  v - середньоквадратичні відхилення за вектором положення та швидкістю його зміни. 50 2 UA 79216 U Таблиця Залежність точнісних характеристик від способів визначення параметрів Способи визначення параметрів руху КО Характеристики за робота ОЗС на основі робота ОЗС на основі робота ОЗС на основі точністю NORAD РЛС запропонованого способу  r км 1,928 0,712 0,347  v км/с 5 10 0,4 10 3 0,8 10 5 0,2 10 5 Аналіз представлених результатів показує, що застосування запропонованого способу дає змогу суттєво підвищити оперативність та точність визначення параметрів руху КО наземними оптичними засобами контролю космічного простору. Джерела інформації: 1. Ковбасюк С.В. Визначення параметрів руху космічних об'єктів за інформацією від різних вимірювальних засобів / С.В. Ковбасюк, М.Ю. Ракушев, Д.Л. Федорчук // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем: зб. наук, праць. Житомир: ЖВІРЕ, 2006. - № 10. - С 12-20. 2. Жданюк Б.Ф. Основы статистической обработки траекторных измерений / Б.Ф. Жданюк. М.: Сов. радио, 1978.-384 с. 3. Пухов Г.Е. Дифференциальные спектры и модели / Г.Е. Пухов. - К.: Наукова думка, 1990.184 с. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 Спосіб визначення параметрів руху космічних об'єктів наземними оптичними засобами, згідно з яким виконують просторово-часовий прийом локаційного сигналу, який на часовому інтервалі вимірювань представляють у вигляді масиву кутових даних, потім з вимірювальної системи координат дані переводять у систему шуканих параметрів, що є областю оригіналів, визначають часткові похідні від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами, після чого на основі грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта проводять статистичну обробку виміряних даних і остаточно визначають параметри руху космічного об'єкта на початковий момент часу, який відрізняється тим, що перед визначенням часткових похідних від параметрів руху космічного об'єкта за наближеними умовами та після переведення масиву кутових даних в область оригіналів вибирають з них перші три значення і переводять їх в область зображень, відносно яких формують диференціальні спектри прогнозованих та апроксимованих даних, шляхом балансу яких проводять визначення грубих початкових параметрів руху космічного об'єкта, а отриманий результат з області зображень переводять в область оригіналів. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3