Определение относительного движения фемтоспутников по измерениям амплитуды сигнала антенн связи
Автор: Владислав Владимирович Орлов
Соавторы: Иванов Даниил Сергеевич
Организация: Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Работа посвящена проблеме относительной навигации фемтоспутников по измерениям амплитуды сигналов межспутниковой связи. Исследование движения ультрамалых аппаратов на низкой околоземной орбите является актуальной задачей, групповой полёт таких аппаратов позволит проводить многоточечное зондирование ионосферы, магнитосферы и атмосферы Земли. Задача определения относительного движения спутников может решена с использованием измерений бортовой навигационной системы, с помощью измерений оптических сенсоров или дальномеров [1]. Однако, для фемтоспутников, масса которых меньше 100 грамм, из-за ряда ограничений может оказаться невозможной установка специальных сенсоров для определения относительного движения. Поэтому в настоящей работе рассматривается задача оценки относительного движения с помощью радиочастотного анализа и/или анализа амплитуд сигналов антенн межспутниковой связи, а также задача уточнения конфигурации роя фемтоспутников [1, 2].
В работе предполагается, что заданное число фемтоспутников запускается на низкой околоземной орбите с помощью 3U-кубсата по схеме запуска как в миссии KickSat-2 (рис.1). Фемтоспутники и кубсат оснащены антеннами межспутниковой связи, позволяющей передавать информацию между аппаратами [3]. Считается, что для антенн известны диаграммы направленности, которые не являются сферическими и не симметричны относительно какого-либо направления. С помощью преобразования Фурье проводится измерение амплитуды сигнала связи между аппаратами. С помощью этих измерений требуется оценить текущий вектор состояния фемтоспутников относительно кубсата, вектор состояния состоит из радиус-вектора, вектора скорости, кватерниона ориентации и вектора угловой скорости.
Для решения поставленной задачи применяется расширенный фильтр Калмана, использующий уравнения относительного движения Хилла-Клохесси-Уитшира и уравнения углового движения Эйлера, а также кинематические соотношения на этапе прогноза вектора состояния. В работе проводится исследование наблюдаемости системы, а также численное исследование точностных характеристик определения относительного движения в зависимости от параметров системы и параметров шумов измерений.
