CC BY
16<Тешетневс^ие чтения. 2016
УДК 621.396.67
ВЕРИФИКАЦИЯ КРИТЕРИЕВ КВАЛИМЕТРИИ КРУПНОГАБАРИТНОЙ ТРАНСФОРМИРУЕМОЙ АНТЕННЫ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Е. В. Бикеев1, Ю. В. Коловский2
!АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected], [email protected]
Рассмотрен способ улучшения точностных характеристик фотограмметрической системы контроля эксплуатационных характеристик крупногабаритной трансформируемой антенны при помощи сглаживающих сплайнов.
Ключевые слова: верификация, критерий, квалиметрия, крупногабаритные рефлекторы, эксплуатационные характеристики.
THE VERIFICATION CRITERIA OF QUALIMETRY OF LARGE DEPLOYABLE ANTENNA
CONNECTED TO SPACECRAFT
E. V. Bikeev1, Y. V. Kolovskiy2
1JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Street, Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation 2Siberian Federal University 79, Svobodnyi Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected], [email protected]
The research considers method of photogrammetry control system accuracy improvement of large deployable antenna operational parameters.
Keywords: verification, criteria, qualimetry, large reflectors, exploitation properties.
Верификация, т. е. эмпирическое (экспериментальное) подтверждение теоретических положений науки, получила широкое распространение в связи с развитием квалиметрии и призвана расширить рамки известных понятий: контроль, поверка, аттестация и сертификация. Это понятие пришло из гуманитарной сферы в связи с бурным развитием когнитивных технологий, интеллектуальных систем (ИС) [1]. Антенная система космического аппарата (АС КА), безусловно, является ИС в процессе создания и последующей эксплуатации, в связи с непреодолимыми проблемами метрологического обеспечения в полной мере должен быть задействован инструментарий ква-лиметрии для контроля и управления поведением автономной, адаптивной (интеллектуальной) АС КА.
Стереофотограмметрия обеспечивает высокую эффективность контроля поведения и управления крупногабаритной трансформируемой АС КА [2-5]. Аппаратная реализация стереофотограмметрического комплекса имеет ряд преимуществ перед сканирующими приборами: более высокое быстродействие, меньшие массово-габаритные характеристики, более высокая надежность [6-10]. Известно, что фотограмметрия, как правило, на порядок, уступает сканирующим координатно-измерительным системам по точности определения пространственного положения
единичного элемента (точки поверхности) конструкции АС КА. Весовое значение пространственных координат отдельного элемента (точки) поверхности рефлектора АС при решении задачи аппроксимации заданной поверхностью «облака» измеренных точек подчиняется правилу ^М, где N - количество точек. Следовательно, если N = 100, относительная ошибка аппроксимации равна 10 %.
Высокая эффективность фотограмметрической системы объясняется возможностью одномоментного определения координат десятков тысяч точек. При условии формирования облака точек, превосходящего по количеству на два и более порядка результаты сканирующих приборов, точность аппроксимации заданной поверхностью возрастает. Применение различных инструментов теории погрешностей [1-6], в частности цифровых фильтров, обеспечивает дополнительное снижение погрешностей измерения. Для фильтрации Гауссова шума, являющегося основной составляющей ошибки фотограмметрической системы, используются сглаживающие сплайны. Эффективность применения данного способа фильтрации прямо пропорциональна количеству измеренных параметров. В случае применения в задачах измерения координат точек контролируемой поверхности эффективность применения сглаживающих сплайнов тем выше, чем
"Крупногабаритные трансформируемые конструкции космических, аппаратов
больше плотность измеряемых точек на контролируемой поверхности. Данным фактом обусловлен выбор сглаживающих сплайнов для фильтрации ошибок измерений фотограмметрической системы, количество измеряемых точек которой, к примеру, на рефлекторе диаметром 12 м может достигать нескольких десятков тысяч.
Авторами проведено математическое моделирование, подтверждающее эффективность применения сглаживающих сплайнов для фильтрации зашумлен-ных координат облака точек. В качестве контролируемой поверхности была принята радиоотражающая поверхность рефлектора диаметром 12 м. Количество «измеряемых» точек на поверхности составляло около 15 тыс. В процессе моделирования имитировались температурные деформации конструкции рефлектора, после чего на координаты «измеряемых» точек накладывался Гауссов шум. Сглаживание производилось сплайном 5-го порядка. Для различных уровней шумовой ошибки перебором подбирался допуск на гладкость функции сплайна. В результате во всех рассмотренных случаях зашумления «измеренных» координат точек контролируемой поверхности, после фильтрации среднеквадратическое отклонение данных точек относительно исходной параболической поверхности превышало среднеквадратическое отклонение защумлённой радиоотражающей поверхности рефлектора не более чем на 2 %.
Исходя из полученных результатов можно сделать вывод о значительном улучшении точности фотограмметрической системы в случае обработки её измерений цифровым фильтром типа сглаживающий сплайн, и достижении приведенных выше требований.
Библиографические ссылки
1. Коловский Ю. В. Метрология, стандартизация и технические измерения : учебник для вузов. Красноярск : ИПК СФУ, 2010. 462 с.
2. Kolovski Y. V., Ten V. P. New developments of methods of higly precision measurements of 3nd order deviation parameters of surface shape // Conference ITT-98 / Iowa State University, Ohio, USA, 1998. P. 383-387.
3. Kolovskiy Y. V., Bartsev S. I., Lankin J. P. Neuroinformatic system for technical diagnostics and control // Proceedings of the International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications. 2000. P. 459.
4. Коловский Ю. В. Интеллектуальные системы функциональной диагностики и управления бортовыми гибридными зеркальными антеннами // Тр. меж-дунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. Т. 2. СПб. : Изд-во СПбГЭТУ, 2003. С. 63-66.
5. Иванов Д. В., Коловский Ю. В. Мультисенсор-ная оптоэлектронная система контроля свойств поверхности // Электронные средства и системы управления. Томск : В-Спектр, 2007. № 1. С. 263-265.
6. Коловский Ю. В. Автономный комплекс контроля и управления поведением технического объекта на примере антенной системы космического аппарата // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., посвященной памяти генер. конструктора
ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (10-12 ноября 2011, г. Красноярск) : в 2 ч. / под. общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Т. 1. Красноярск, 2013. С. 227-229.
7. Коловский Ю. В. Методология когнитивного контроля поведения сложных технических систем // Сложные системы в экстремальных условиях : докл. XVIII Всерос. симпозиума с междунар. участием Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. С. 46.
8. Бикеев Е. В., Коловский Ю. В. Орбитальный контроль эксплуатационных характеристик антенн с крупногабаритными рефлекторами космических аппаратов // Решетневские чтения : материалы XIX Ме-ждунар. науч. конф. : в 2 ч. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2015. Ч. 1. С. 72-74.
9. Выбор приборного состава системы определения геометрии крупногабаритной трансформируемой антенны / Г. П. Титов, М. Г. Матыленко, Е. В. Бикеев, М. О. Дорофеев // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф., посвященной памяти генер. конструктора ракет.-космич. систем акад. М. Ф. Решетнева (10-12 ноября 2011, г. Красноярск) : в 2 ч. / под. общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. С. 98-99.
10. Сайт компании Leica Geosystems [Электронный ресурс]. URL: http://www.leica-geosystems.ru/ ru/3D-HDS_23357.htm (дата обращения 10.03.2015).
References
1. Kolovskij Y. U. V. Metrologiya, standartizaciya i tekhnicheskie izmereniya: Uchebn. dlya vuzov (Grif MON). Krasnoyarsk: IPK SFU, 2010. 462 р. (In Russ.).
2. Kolovski Y. V., Ten V. P. New developments of methods of higly precision measurements of 3 nd order deviation parameters of surface shape // Conference ITT-98 / Iowa State University, Ohio, USA, 1998. P. 383-387.
3. Kolovskiy Y. V., Bartsev S. I., Lankin J. P. Neuroinformatic system for technical diagnostics and control // Proceedings of the International Conference on Parallel and Distributed Processing Techniques and Applications. 2000. Р. 459.
4. Kolovskij Ju. V. Intellektual''nye sistemy funkcional"noj diagnostiki i upravlenija bortovymi gibridnymi zerkal''nymi antennami // Tr. mezhdunar. konf. po mjagkim vychislenijam i izmerenijam, t. 2. SPb. : Izd-vo SPbGJeTU, 2003. Р. 63-66. (In Russ.).
5. Ivanov D. V., Kolovskij Ju. V. Mul''tisensornaja optojelektronnaja sistema kontrolja svojstv poverhnosti // Jelektronnye sredstva i sistemy upravlenija. - Tomsk: V-Spektr, 2007. № 1. Р. 263-265. (In Russ.).
6. Kolovskij Yu. V. Avtonomnyj kompleks kontrolya i upravleniya povedeniem tekhnicheskogo ob"ekta na primere antennoj sistemy kosmicheskogo apparata // Tr. mezhdunar. konf. «Reshetnevskie chteniya». T. 1. Krasnoyarsk : Izd-vo SibGAU, 2013. Р. 227-229. (In Russ.).
7. Kolovskij Yu. V. Metodologiya kognitivnogo kontrolya povedeniya slozhnyh tekhnicheskih sistem // Slozhnye sistemy v ehkstremal'nyh usloviyah : Dokl. XVIII Vseros. simpoziuma s mezhdunar. uchastiem. Krasnoyarsk : Sib. feder. un-t, 2016. Р. 46. (In Russ.).
Решетневс^ие чтения. 2016
8. Bikeev E. V., Kolovskiy Yu. V. [Orbital control for exploitation properties of antenna with large reflectors connection to spacecraft] // XIX Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [XIX International scientific conference "Reshetnev readings"]. Krasnoyarsk, 2015. P. 72-74. (In Russ.).
9. Titov G. P., Matylenko M. G., Bikeev E. V., Dorofeev M. O. [The choice of instrument systems define the
geometry of the large antenna transformed] // XV Mezhdunar. nauch. konf. "Reshetnevskie chteniya" [XV International scientific conference "Reshetnev readings"]. Krasnoyarsk, 2011. P. 98-99. (In Russ.).
10. Website of Leica Geosystems. Available at: http://www.leica-geosystems.ru/ru/3D-HDS_23357.htm (accessed 10.03.2015).
© EHKeeB E. B., KOHOBCKHH to. B., 2016
УДК 629.7.01
НОВЫЙ ТИП ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МЕХАНИЗМОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ КОРРЕКЦИИ ФОРМЫ БОЛЬШИХ КОСМИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
В. И. Буякас
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт имени П. Н. Лебедева Российской академии наук Российская Федерация, 119991, Москва, Ленинский просп., 53 E-mail: [email protected]
В процессе эксплуатации больших космических конструкций - антенн, фазированных решеток, крупногабаритных отражателей, больших мачт - может возникнуть необходимость в коррекции формы изделий, ранее собранных или автоматически раскрытых на орбите. В работе рассматривается возможность использования нового типа исполнительных механизмов для решения этой задачи.
Ключевые слова: большие трансформируемые конструкции, коррекция формы, статически определимые и статически неопределимые структуры.
NEW TYPE OF ACTUATORS FOR SHAPE CORRECTION OF LARGE SPACE STRUCTURES
V. I. Bujakas
P.N. Lebedev Physical Institute of Russian Academy of Science 53, Leninskiy Av., Moscow, 119991, Russian Federation E-mail: [email protected]
During operation of large space structures - antennas, phased arrays, large-size reflectors-, large masts - it may be necessary to correct the shape of the design of parts previously assembled or automatically disclosed in orbit. The paper considers the possibility of using a new type of actuators for this task.
Keywords: large transformable designs, shape corrections, high precision deployment, statically determinate and statically indeterminate structures.
Большие статически определимые структуры обладают важными с точки зрения управления формой конструкции свойствами [1; 2]: освобождение произвольной связи приводит к возникновению механизма с одной степенью свободы; выполняя связь регулируемой, можно менять форму конструкции (взаимное расположение ее элементов) малыми усилиями. При этом в конструкции не возникают напряжения и не требуется синхронизация работы исполнительных механизмов. Однако жесткостные характеристики таких конструкций в ряде случаев оказываются недостаточно высокими.
Для разрешения этого противоречия предлагается ввести в конструкцию наряду с обычными новый тип исполнительных механизмов - «управляемые фиксаторы». Каждый такой элемент может находиться в одном из двух состояний («да - нет») и, переходя из одного состояние в другое, вводить в конструкцию
или исключать из нее одно кинематическое ограничение.
Примером является телескопическая штанга, которую можно фиксировать исполнительным механизмом в произвольном положении, либо цилиндрический шарнир с управляемым стопором.
При использовании таких механизмов возникает система с переменной структурой: в одном состоянии (рабочем) конструкция оказывается статически неопределимой и обладает требуемыми жесткостными характеристиками, в другом (состояние коррекции формы) - статически определимой. При этом коррекция формы осуществляется обычными исполнительными механизмами.
Управление новым типом механизмов осуществляется без непрерывной обратной связи, в результате коррекции в конструкции не возникают новые напряжения.
