Соглашение 14.575.21.0081 на период 2014

14.575.21.0081
1
Федеральная целевая программа
«Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического
комплекса России на 2014—2020 годы»
Транспортные и космические системы
Тема: Разработка перспективных методов и средств повышения автономности функционирования
низкоорбитальных и геостационарных космических аппаратов, основанных на использовании
высокоточных навигационных измерений многоканальными приемниками глобальных
навигационных спутниковых систем
Соглашение 14.575.21.0081 на период 2014 - 2016 гг.
Руководитель проекта: профессор Фатеев Юрий Леонидович
Получатель субсидии: ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
Цели и задачи проекта
Цель проекта: Повышение автономности функционирования компонент Национальной информационной спутниковой системы за счет использования в составе бортовой
аппаратуры космических аппаратов многоканальных ГНСС-приемников, ориентированных на характеристики ГЛОНАСС нового поколения в части использования межспутниковых и
беззапросных измерений применительно к низким орбитам и геостационарной орбите.
Задачи проекта: - разработать новые принципы построения перспективной системы определения пространственной ориентации КА на основе угломерных ГНСС-приемников; разработать и исследовать методы и алгоритмы автономного уточнения эфемеридной информации по данным межспутниковых и беззапросных измерений; - разработать методы
ускоренного разрешения фазовой неоднозначности в угломерных ГНСС-приемниках; - изготовить программно-аппаратный комплекс моделирования процессов позиционирования,
ориентации, стабилизации, управления движением центра масс КА на низкой и геостационарной орбитах.
Актуальность и научная новизна проекта подтверждается большим количеством публикаций в отечественной и иностранной печати и регистрируемых результатов
интеллектуальной деятельности. Использование многоканальных ГНСС-приемников позволит создавать унифицированные платформы в области космической связи, навигации,
дистанционного зондирования Земли и фундаментальных научных исследований. Создаваемые унифицированные платформы могут адаптироваться под требуемую заказчиком
полезную нагрузку для создания различных классов КА.
Ожидаемые результаты проекта
В ходе выполнения ПНИ планируется получение следующих научно-технических результатов: новые методы высокоточной навигации и измерения пространственной
ориентации КА на НО и ГСО, основанные на использовании в составе бортовой аппаратуры КА многоканальных ГНСС-приемников и позволяющие повысить автономность
функционирования компонент Национальной информационной спутниковой системы; методы обработки межспутниковых и беззапросных измерений и расчета эфемеридновременной информации КА на временном интервале автономного функционирования; методы ускоренного разрешения фазовой неоднозначности, возникающей в
многоканальных ГНСС-приемниках при реализации интерферометрических способов измерения пространственной ориентации.
Ожидаемый результат выполнения ПНИ окажет существенное влияние на повышение потребительских свойств и конкурентоспособности отечественных низкоорбитальных и
геостационарных КА связи, дистанционного зондирования Земли, метеорологии и др.
Планируемый уровень научно-технических разработок сопоставим с мировым уровнем разработок в области применения ГНСС-приемников для навигационного обеспечения КА
на ГСО и НО и позволит достичь высокой степени автономности функционирования компонент Национальной информационной спутниковой системы. Планируется достижение
показателей точности определения местоположения КА при помощи ГНСС-приемников в единицы метров, пространственной ориентации – десятые доли градуса, что
сопоставимо с лучшими образцами бортовой навигационной аппаратуры зарубежных производителей.
Перспективы практического использования
Результаты проведенных ПНИ востребованы АО «Научно-производственное предприятие «Радиосвязь», АО «Информационные спутниковые системы им.
акад. М.Ф. Решетнева», другими научными и производственными организациями и использованы для проведения ОКР, направленных на повышение
автономности функционирования низкоорбитальной и геостационарной компонент Национальной информационной спутниковой системы, эффективности
функционирования целевой аппаратуры КА, снижение нагрузки на наземную инфраструктуру.
Практическое внедрение результатов ПНИ производится на базе Индустриального партнера АО «Информационные спутниковые системы им. акад. М.Ф.
Решетнева» при проектировании перспективных платформ геостационарных и низкоорбитальных спутников связи.
Ожидаемый результат выполнения ПНИ окажет существенное влияние на повышение потребительских свойств и конкурентоспособности отечественных
низкоорбитальных и геостационарных КА связи, дистанционного зондирования Земли, метеорологии и др.
Результаты исследовательской работы, полученные в 2015 г.
Разработана концепция формирования перспективных методов и выбора средств высокоточной навигации космических аппаратов на НО и ГСО, предусматривающая в условиях недостаточного
количества одновременно наблюдаемых навигационных сигналов использование многоканальных ГНСС-приемников, осуществляющих прием и обработку как навигационных сигналов
ГЛОНАСС и GPS, так и сигналов бортовой аппаратуры межспутниковых измерений (БАМИ) обеих систем. Перспективные многоканальные ГНСС-приемники должны иметь возможность приема
всех навигационных сигналов всех частотных диапазонов, включая и сигналы БАМИ. Кроме того, навигационный приемник должен быть оснащен антенной решеткой, применение которой
позволяет существенно увеличить точность навигационных измерений за счет улучшения энергетических характеристик принимаемого сигнала, а также реализовать интерферометрические
методы измерения углов пространственной ориентации.
Разработаны методы высокоточной навигации и измерения пространственной ориентации КА на НО и ГСО, основанные на использовании в составе бортовой аппаратуры КА многоканальных
ГНСС-приемников. Разработанные методы высокоточной навигации позволят осуществлять определение координат КА при использовании сигналов КА ГЛОНАСС и GPS со среднеквадратической
погрешностью не более: на НО – 10 м, на ГСО – 100 м; определения скорости со среднеквадратической погрешностью не более 0,1 м/с. Разработанный пеленгационный метод измерения
пространственной ориентации позволяет осуществлять определение углов пространственной ориентации использовании антенной решетки с систематической погрешностью не более 6' и
среднеквадратическим отклонением не более 10'.
Разработаны методы обработки межспутниковых и беззапросных измерений и расчета эфемеридно-временной информации КА на временном интервале автономного функционирования.
Применение данных методов позволяет рассчитать вектор эфемерид КА и параметры привязки бортовой шкалы времени КА к единой шкале, в совокупности обеспечивающие заданную
точность позиционирования и измерения ориентации КА на интервале автономного функционирования длительностью более 10 сут.
Разработаны методы ускоренного разрешения фазовой неоднозначности, возникающей в многоканальных ГНСС-приемниках при реализации интерферометрических способов измерения
пространственной ориентации. В качестве основного принят метод разрешения фазовой неоднозначности в ГНСС-приемниках, оснащенных многоэлементными антенными решетками,
основанный на пеленгационном методе, который позволяет использовать переборные методы даже при достаточно длинных базах по причине небольшого числа вариантов перебора.
Разработана рабочая конструкторская и эксплуатационная документация программно-аппаратного комплекса моделирования процессов позиционирования и измерения пространственной
ориентации КА на НО и ГСО, которая содержит данные для его разработки, изготовления, контроля и эксплуатации.
Разработаны компьютерные модели навигационного поля в заданной точке орбиты КА на НО и ГСО и бортовой навигационной системы КА, основанной на использовании многоканальных ГНССприемников, обеспечивающей реализацию разработанных методов высокоточной навигации и измерения пространственной ориентации КА на НО и ГСО.
Разработаны Программа и методики экспериментальных исследований перспективных методов и средств высокоточной навигации для управления движением КА на НО и ГСО.
Опубликованы статьи в изданиях, индексируемых Scopus:
-The phase ambiguity resolution by the exhaustion method in a single-base interferometer / Y. L. Fateev, D. D. Dmitriev, V. N. Tyapkin, I. N. Ishchuk and E. G. Kabulova // ARPN Journal of Engineering
and Applied Sciences. 18 (2015). Vol. 10. pp. 8264–8270.
-The use of GNSS technologies for high-precision navigation geostationary spacecraft / Yu.L. Fateev, D.D. Dmitriev, V.N. Tyapkin, N.S. Kremez, V.N. Ratushnyak // 2015 International Siberian
Conference on Control and Communications (SIBCON). – Proceedings. DOI: 10.1109/SIBCON.2015.7147250
-The semi-lagrangian algorithm based on an integral transformation / Vladimir Shaydurov, Alexander Vyatkin // AIP Conf. Proc. 1648, 850041-1–850041-4; doi: 10.1063/1.4913096
Поданы заявки на получение патентов на изобретение:
-Изобретение. Заявка № 2015105336 от 17.02.2015 г. «Способ угловой ориентации объекта», РФ ;
- Изобретение. Заявка № 2015110269 от 23.03.2015 г. «Способ определения задержки сигналов навигационной спутниковой системы в ионосфере», РФ.
Получен охранный документ на результат интеллектуальной деятельности:
-Программа ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2015618057 от 29.07.2015 "Программа для автоматизированного расчета параметров навигационного поля космического
аппарата в заданной точке геостационарной орбиты«.
Партнеры проекта
Индустриальный партнёр: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева». Сфера деятельности Индустриального
партнера разработка и производство космических аппаратов связи, телевещания, ретрансляции, навигации, геодезии.
Объем финансовой поддержки выполнения проекта со стороны Индустриального партнера в размере 1 650 000 руб. внебюджетного финансирования.
Основные работы, выполняемые Индустриальным партнером за счет собственных внебюджетных средств:
-разработка эскизной конструкторской документации программно-аппаратного комплекса моделирования процессов позиционирования и измерения пространственной
ориентации КА на НО и ГСО, осуществляющихся с использованием в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов многоканальных ГНСС-приемников;
-разработка рабочей конструкторской документации на программно-аппаратный комплекс моделирования процессов позиционирования и измерения пространственной
ориентации КА на НО и ГСО, осуществляющихся с использованием в составе бортовой аппаратуры космических аппаратов многоканальных ГНСС-приемников;
-Разработка Программы обеспечения надежности, определяющей объем основных работ и мероприятий, проводимых на всех стадиях создания системы высокоточной
навигации КА на НО и ГСО и направленных на обеспечение требуемой надежности системы высокоточной навигации и ее составных частей.
14.575.21.0081
1