Методы математического моделирования в проектировании бортовых лазерных локационных систем космических аппаратов

Abstract

To perform rendezvous and docking of spacecraft (SC), it is necessary to detect and measure the coordinates of a passive space vehicle (SV) using the onboard aids of an active SV. For this purpose, in addition to radio engineering systems, laser-ranging systems (LRS) are used. A designing process of the onboard LRS for promising spacecraft is currently becoming more complicated and requires taking into account a lot of factors.The authors have developed the PC software to assess capabilities of onboard pulse LRS of spacecraft when working on the nearby or distant space objects that have a diffusely scattering surface, as well as are equipped with the corner reflectors. The software also allows us to calculate the LRS parameters, which, according to GOST R 50723-94, ensure eye-safety in the spectral range of 0.81 ... 1.5 microns in case of accidental irradiation.The energy of the intensifier pulse and the divergence of a sensing beam determine the LRS range and the distance of eye-safe observation, which are the most important indicators to characterize the onboard LRS capabilities. To ensure the best LRS range and safety characteristics simultaneously, it is necessary to solve the problem of multi-criteria optimization.The paper solves the problem of multi-criteria optimization for the maximum LRS range and the eye-safe observation distance by Pareto sets the use of which allows us to avoid uncertainty in choosing a significance of criteria.The results obtained show that the proposed methods can be successfully applied in designing onboard LRS of spacecraft.Для выполнения операций сближения и стыковки космических аппаратов (КА) необходимо обнаружение и измерение координат пассивного КА с помощью бортовых средств активного КА. Для этой цели кроме радиотехнических систем используются лазерные локационные системы (ЛЛС). Процесс проектирования бортовых ЛЛС для перспективных КА в настоящее время усложняется и требует учета многих факторов.Авторами была разработана программа для персональных ЭВМ, предназначенная для оценки возможностей бортовых ЛЛС КА, работающих в импульсном режиме, при работе по близкорасположенным или удаленным космическим объектам, имеющим диффузно рассеивающую поверхность, а также снабженными уголковыми отражателями. Программа также позволяет рассчитать параметры ЛЛС, обеспечивающие безопасность для органов зрения при случайном облучении в спектральном диапазоне 0,81…1,5 мкм согласно требованиям, устанавливаемым ГОСТ Р 50723-94.Энергия импульса подсветки и расходимость зондирующего пучка определяют дальность ЛЛС и дистанцию безопасного наблюдения, которые являются важнейшими показателями, характеризующими возможности бортовых ЛЛС. Для одновременного обеспечения наилучших характеристик по дальности и безопасности ЛЛС, необходимо решить задачу многокритериальной оптимизации.В работе решена задача многокритериальной оптимизации для максимальной дальности ЛЛС и дистанции безопасного наблюдения с использованием множеств Парето, применение которых позволяет избежать неопределенности при выборе значимости критериев.Полученные результаты показывают, что предложенные методы могут успешно применяться при разработке бортовых ЛЛС КА