Space Inertial Navigation System Accuracy Increasing Using Orbit Point Mass Dynamic

Jafari, M.; Taefi, M.; Roshanian, J.

Space Inertial Navigation System Accuracy Increasing Using Orbit Point Mass Dynamic

Authors

M. Jafari

M. Taefi

J. Roshanian

Abstract

Flight dynamic equations have an effective role in aerospace technologies. It can be as cheap and efficient means for correcting errors in the spatial position and velocity in inertial navigation systems. The Inertial navigation system is an ideal solution for motion detection with high accuracy with fast dynamics, but the precise location and status of the system output can be significantly reduced over time. In this paper, inertial navigation system integrated with a navigation aided system based on online solving of flight dynamic equations. For this purpose, the proposed use of the Lagrangian of Kepler equations and three degrees of freedom of Newton's equations of transfer flights dynamic has been studied. Using this method, online high accuracy to be achieved by flight computer. Kalman filter algorithm is used for integrating inertial navigation and flight dynamic equations . Finally, The simulation results including position and velocity errors with regard to fly a prototype space module, for the proposed two conditions were compared and the advantages and disadvantages of each method are presented

Keywords

Integratenavigation

Dynamic equations

Interial navigation

Kepler equation

Kalman Filter

Article Title Persian

افزایش دقت سامانة ناوبری اینرسی فضایی با استفاده از دینامیک مسیر

Authors Persian

مهدی جعفری

مرتضی طایفی

جعفر روشنی‌یان

Abstract Persian

معادلات دینامیک مسیر پرواز می‌تواند ابزاری ارزان و کارا برای تصحیح خطاهای موقعیت و سرعت فضایی در سامانة ناوبری اینرسی در فناوری‌های هوافضایی باشد و نقش مؤثری ایفا کند. اگرچه سامانة ناوبری اینرسی، یک راه حل برای تشخیص حرکت‌های دینامیک سریع و با دقت بالاست، اما دقت خروجی موقعیت و وضعیت این سیستم با گذشت زمان کاهش چشمگیری پیدا می‌کند. در این مقاله، به تلفیق سیستم ناوبری اینرسی با یک سیستم کمک ناوبری بر مبنای حل آنلاین معادلات پرواز پرداخته می‌شود. برای این منظور دو پیشنهاد استفاده از فرم لاگرانژی معادلات کپلر و بیان نیوتون معادلات پرواز سه درجه آزادی انتقالی مورد مطالعه قرار گرفته است. دقت بالا و قابل حل بودن به صورت آنلاین توسط کامپیوتر پرواز از ویژگی‌هایی است که در توسعة این معادلات مد نظر قرار گرفته است. برای تلفیق پارامترهای پروازی حاصل از ناوبری اینرسی و معادلات پرواز از الگوریتم فیلتر کالمن استفاده شده است. در پایان با توجه به نتایج شبیه‌سازی پرواز یکماژول فضایی نمونه، خطاهای موقعیت و سرعت برای دو حالت پیشنهادی مورد مقایسه قرار گرفته و مزایا و معایب هر یک از روش‌ها ارائه شده است.

Keywords Persian

ناوبری تلفیقی

معادلات دینامیک مسیر

ناوبری اینرسی

معادلات کپلر

فیلتر کالمن

Kepler's Equation,” AIAA Mechanics and Control of Flight Conference, Anaheim, Calif, 1974.
Eneev, T. M., Ivashkin, V., Sharov, V. A. and Bagdasaryan, J. V., “Space Autonomous Navigation System of Soviet Project for Manned Fly by Moon,” Acta Astronautica, 66, Issues 3-4, 2009.
Monten Bruck, O., Satellite Orbits Models, Methods and Applications, Springer, 2001.
Chung, L. R., Orbit Determination Methods for Deep Space Drag-Free Controlled Laser Interfermetry Missions, (Thesis M.Sc.), University of Maryland,
Battin, R. H., An Introduction to the Mathematics and Methods of Astrodynamics, Revised ed. Reston, AIAA Educational Series, 1999.
Picone, J. M., Hedin, A. E., Drob, D. P., and Aikin, A. C., “NRL-MSISE-00 Empirical Model of the Atmosphere: Statistical Comparisons and Scientific Issues”, Journal of Geophysical Research: Space Physics, 107, Issue A12, 2002, pp. SIA 15-1–SIA 15-16.
[7] Titterton, D. H., Strapdown Inertial Navigation Technology, 2^nd Edition, Institution of Electrical Engineers, 2004.
[8] Department of Defense World Geodetic System,3^th Edition, Technical Report, National Imagery and Mapping Agency (NIMA), 2000.
[9] Grejner-Brzezinska, D., Toth, Ch. and Yi, Y., “On Improving Navigation Accuracy of GPS/INS Systems,” Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, Vol. 71, No. 4, 2005, pp 377-389.
Gaylor, D. E., “GPS/INS Kalman Filter Design for Spacecraft Operating in the Proximity of the International Space Station,” AIAA GN&C Conference, Austin, TX, 2003.
Gaylor, D. E., Simulation of an Unaided INS in Orbit, Center for Space Research, The University of Texas at Austin, 2002.
Jafari, M., Sangari, A. and Roshanian, J. “Inertial Navigation System and GPS Integration for Space Navigation Accuracy Increasing,” Journal Sicence Space Technology (JSST), Vol 5, No 3, 2012, pp 11-19, (In Persian).