Wie wurden die Gyroskop- und Beschleunigungsmesserausgaben des Space Shuttles in zuverlässige Positions- und Geschwindigkeitsvektoren umgewandelt, bevor sie in die GNC-Software eingespeist wurden? Gibt es ein Dokument, in dem diese Berechnungen aufgeführt sind?
Ich weiß, dass die Geschwindigkeit oft aus der Integration eines Beschleunigungssignals kommt – nach einer Signalverarbeitung, um hochfrequentes Rauschen herauszufiltern – und diese Position kommt normalerweise aus der zweimaligen Integration der Beschleunigung.
Aber sie müssen nichtideale Effekte wie Kreiselreibung und Präzession sowie Sensor- und Integrationsfehler berücksichtigen. Ich bin neugierig auf die tatsächliche Implementierung der Berechnungen oder zumindest auf eine detaillierte Erklärung davon - obwohl NASA-Dokumente normalerweise sehr, sehr großzügig mit Berechnungsdetails für Leute sind, die danach suchen, also vermute ich, dass es da draußen ein Dokument gibt, das dies hat genau diese info?
Interessieren Sie sich auch für diese Berechnungen, wie sie auf der Saturn V durchgeführt wurden, falls sie zufällig für das Space Shuttle fehlen.
Meistens werde ich dies als Referenzanfrage behandeln, da das Thema langwierig ist. Aber Sie haben Recht, es steht alles in öffentlich zugänglichen Dokumenten.
Zusammenfassung
Aufstieg: Die drei IMUs werden vor dem Abheben kalibriert und ausgerichtet. Die Ascent-Navigations-Onboard-Software wird beim Abheben minus acht Sekunden initialisiert. Während eines nominellen Aufstiegs werden nur die IMU-Daten von der PASS- und BFS-Navigation verarbeitet [McHenry, 1979]. Ein Zustandsvektor wird aufrechterhalten, indem die Mittelwert-Beschleunigungsdaten aus den drei IMUs ausgewählt werden. Es werden keine externen Sensormessungen verarbeitet und es gibt keine integrierte Kalman-Filterlogik, die während des Aufstiegs ausgeführt wird.
Umlaufbahn: Während der Umlaufbahnphase wird der Zustandsvektor der Navigation an Bord von Mission Control über Zustandsvektor-Uplinks überwacht und gepflegt. Eine Entlüftungskraft kann auch von Mission Control zur Verwendung durch die GPCs hochgeschaltet werden, um dabei zu helfen, das Fehlerwachstum in dem On-Board-Zustandsvektor zu reduzieren. Die Entlüftungskraft berücksichtigt nicht treibende Kräfte, die auf den Orbiter wirken und die nicht von den HAINS-IMUs (High-Accuracy Inertial Navigation System) erfasst werden können. Die Vent-Werte basieren auf der Flughistorie für bestimmte Orbiter-Einstellungen. Das MCC kann auch einen Luftwiderstands-K-Faktor übertragen, obwohl der Orbiter dieses Verfahren noch nie verwendet hat. Die Ausrichtung der HAINS-IMUs wird periodisch unter Verwendung von Sternensichtungen durchgeführt [Smith, 1983]. An der Nase des Orbiters befinden sich zwei Sterntracker mit nahezu orthogonalen Sichtlinien. Daten von Sternsichtungen können auch von Mission Control verwendet werden, um IMU-Gyro-Bias zu bestimmen. Die vom Boden bestimmten Abweichungen werden dann zur Verwendung in der Flugsoftware Shuttle PASS hochgeladen. Wenn der Orbiter aufgrund einer übermäßigen IMU-Fehlausrichtung nicht in eine Sternsichtungslage manövrieren kann, kann eine grobe Ausrichtung von einem Besatzungsmitglied durchgeführt werden, das einen Stern mit dem Heads-Up-Display (HUD) oder dem COAS anvisiert. Auf eine HUD- oder COAS-Ausrichtung würde eine präzise Sternausrichtung unter Verwendung der Sterntracker folgen.
Eintritt: Während des Eintritts werden drei unabhängige Navigationszustandsvektoren im PASS verwaltet [Ewell, 1982]. Jede verwendet akkumulierte erfasste Geschwindigkeitsdaten von einer anderen IMU zum Schutz vor IMU-Ausfällen. Das Kalman-Filter verwendet externe Sensordaten, um die Genauigkeit der drei Zustandsvektoren zu verbessern. ... Ein Auswahlfilter wählt einen Navigationszustandsvektor (Position und Geschwindigkeit) als den ausgewählten Navigationszustandsvektor aus.
Quelle: JSC-63653 Technische Geschichte der Navigation mit gewonnenen Erkenntnissen
Designgleichungen für Space-Shuttle-Führung, Navigation und Steuerung, Band 1
Designgleichungen für Space-Shuttle-Führung, Navigation und Steuerung. Band 3: Orbitale Operationen
Für Apollo sehen Sie sich Apollo Guidance Navigation and Control Systems an
Bret Copeland