Компьютерная реализация построения трассы полета ИСЗ в среде LabVIEW

№ 1’2016
PDF версия
Среда графического программирования LabVIEW позволяет оперативно выполнять траекторное моделирование космических объектов. Реализована стандартная кинематическая задача построения трассы ИСЗ. Кинематика процесса широко описана в литературе, например, и использована в настоящей работе.

Среда графического программирования LabVIEW находит применение в самых разнообразных сферах человеческой деятельности. Причинами столь широкого распространения пакета LabVIEW являются возможности не только проводить измерения, анализировать полученные величины, отображать их на графиках и в отчетах, но и, используя программируемые логические контроллеры, осуществлять управление процессами [1].

В ходе решения многочисленных задач контроля космического пространства возникает необходимость в определении подспутниковых точек космических объектов (КО). Напомним, что подспутниковой точкой называется проекция положения космического объекта на орбите на поверхность Земли. Совокупность подспутниковых точек составляет трассу полета космического объекта.

Нами реализован виртуальный прибор построения трассы полета искусственного спутника Земли (ИСЗ). Прибор позволяет:

  • регулировать и задавать высоты апогея и перигея рассчитываемой орбиты;
  • задавать и изменять наклонение орбиты, долготу восходящего узла, аргумент перигея и начальный аргумент широты, начальный момент времени.

Виртуальный прибор реализован в виде программного комплекса, состоящего из блока диаграмм (Show Block Diagram) и рабочей области (Block Diagram), содержащей элементы управления и отображения рассчитываемой трассы на фоне карты Земли.

Внешний вид виртуального прибора Block Diagram показан на рис. 1.

Block Diagram виртуального прибора

Рис. 1. Block Diagram виртуального прибора

В левой части рабочей области Block Diagram расположены входные данные элементов орбиты космического объекта, необходимые для задания параметров трассы. В виртуальном приборе реализовано шесть подприборов и два блока формул. Рассмотрим поочередно работу отдельных подприборов и выполняемые ими функции.

В подприборе 1 StarTime(SubVI).vi задается начальный момент времени в формате: СС, ЧЧ, ДД, ММ, гг. На выходе получаем значение звездного времени на Гринвиче в радианах (рис. 2).

Код подприбора 1

Рис. 2. Код подприбора 1

На рис. 3 приведены формулы.

Отображение блока формул

Рис. 3. Отображение блока формул

На вход виртуального подприбора 2 eaT(SubVI).vi передаются параметры высоты апогея и перигея рассчитываемой орбиты ИСЗ. На выходе получаем значения эксцентриситета е, большой полуоси а и периода обращения Т космического объекта (рис. 4).

Код подприбора 2

Рис. 4. Код подприбора 2

В подприборах 3 deg_to_rad(SubVI).vi, 6 rad_to_deg(SubVI).vi выполняются преобразования градусных измерений в радианные и обратно.

Основной расчет массива подспутниковых точек космического объекта происходит в цикле While Loop Кнопка.

Трасса представляется в виде графической зависимости координат подспутниковых точек космического объекта в каждый момент времени. По оси абсцисс откладывается географическая долгота подспутниковой точки в заданный момент времени, по оси ординат — ее географическая широта.

Значения координат широты и долготы подаются на построение графика Build XY Graph. Цикл останавливается по команде STOP.

Опишем содержимое цикла While Loop.

В подприборе 4 «Широта(SubVI).vi» вычисляется географическая широта подспутниковой точки (рис. 5).

Код подприбора «Широта»

Рис. 5. Код подприбора «Широта»

Географическая широта подспутниковой точки ИСЗ в заданный момент времени вычисляется в два этапа, сначала вычисляется приращение долготы (рис. 6), реализованное в подприборе 5 «Приращение_долготы(SubVI).vi», затем — непосредственно сама географическая долгота (рис. 7).

Код подприбора «Приращение долготы»

Рис. 6. Код подприбора «Приращение долготы»

Функция вычисления географической долготы

Рис. 7. Функция вычисления географической долготы

Для наглядности в цикл поставлен замедлитель времени в 10 мс.

В результате исполнения программы получаем динамическую модель построения трассы полета космического объекта в ускоренном режиме времени, а также текущие значения географической широты и географической долготы в данной точке орбиты (рис. 8).

Трасса полета КО по круговой орбите

Рис. 8. Трасса полета КО по круговой орбите

Покажем, как реализована лицевая панель прибора (Show Block Diagram).

Основную часть лицевой панели занимает график построения трассы полета космического объекта. В верхней и левой части экрана находятся ползунки высот апогея и перигея КО и вращающиеся ручки наклонения, долготы восходящего узла и аргумента перигея орбиты ИСЗ. Все угловые измерения указываются в градусной мере в заданных диапазонах. В правый нижний угол экрана выведены текущие значения координат подспутниковой точки.

На рис. 9, 10 приведены трассы различных орбит ИСЗ.

Трасса полета КО, находящегося на синхронной орбите

Рис. 9. Трасса полета КО, находящегося на синхронной орбите

Трасса полета КО, находящегося на высокоэллиптической орбите

Рис. 10. Трасса полета КО, находящегося на высокоэллиптической орбите

Прибор не только позволяет наглядно видеть обучаемым трассу полета ИСЗ, но и самим «конструировать» орбиту: изменять параметры и наблюдать трассу полета ИСЗ при различных значениях высоты апогея и перигея, при различных значениях наклонения орбиты, при изменении значений долготы восходящего узла и аргумента перигея.

Таким образом, использование среды графического программирования LabVIEW позволяет с высокой степенью наглядности создавать виртуальные модели и отслеживать в режиме реального или ускоренного времени динамику процесса.

Данный виртуальный прибор применяется для подготовки и обучения специалистов в области управления космическими аппаратами.

Литература
  1. Трэвис Дж., Кринг Дж. LabVIEW для всех. 4‑е изд. М.: ДМК-Пресс, 2011.
  2. Патракеев Н. В., Потапов А. И., Махов В. Е. LabVIEW 8 — новые возможности автоматизации проектирования контрольно-измерительных систем // Компоненты и технологии. 2007. № 2.
  3. Гудаев Р. А., Катюха Р. В., Логунов С. В., Рогов Д. А. Применение информации, получаемой от средств радиотехнического контроля, для решения задач распознавания космических аппаратов // Труды Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского. Вып. 647. 2015.
  4. Логунов С. В., Королев В. О., Фролов Д. В., Гудаев Р. А. Метод обработки и анализа результатов спектрофотометрических измерений вращающихся геостационарных космических аппаратов // Труды Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского. Вып. 646. 2015.
  5. Лиференко В. Д., Махов В. Е. Применение алгоритмов непрерывного вейвлет-преобразования в измерительных задачах технического зрения // Компоненты и технологии. 2013. № 6.
  6. Эскобал П. Методы определения орбит. М.: Мир, 1970.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *