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卫星姿态确定及敏感器误差修正的滤波算法研究

卫星姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,其精度是影响姿态控制系统精度水平的决定性因素。姿态确定的精度不仅取决于姿态测量系统硬件配置的性能与精度,还与所采用的姿态确定算法密切相关。本文针对基于矢量观测的三轴稳定对地定向卫星的姿态确定问题,从理论和应用两个方面对卫星姿态确定的非线性滤波技术作了深入和细致的研究。并且针对采用扩展卡尔曼滤波(EKF)确定姿态的方法的不足,提出了多种改进方案。主要完成了以下几方面的工作:针对有陀螺和无陀螺两种模式,提出了一种基于简化球形分布Sigma点UT变换的改进型UKF滤波(SUKF)的卫星姿态估计算法。UKF姿态估计算法与EKF相比,无需计算Jacobian矩阵,仅需代数运算且运算较简单。通过UT变换,UKF具有处理非线性系统的估计问题的能力。但是,UKF滤波算法的计算量与UT变换中包含的采样点(Sigma点)的数量成正比。为此,通过引入简化球形分布Sigma点UT变换减少了Sigma点  (本文共143页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

基于星敏感器/陀螺的卫星姿态确定技术研究

卫星姿态确定是卫星姿态控制以及完成各项空间任务的基础。随着航天技术的发展和空间任务的日益复杂,对卫星姿态的精度和稳定性都提出了更高的要求,如何利用有限的星载资源提高卫星姿态确定精度成为重大的研究课题。目前,利用星敏感器和陀螺进行组合姿态确定是达到高精度的常用组合,由于两种姿态敏感器存在不同的测量特性,将它们组合来确定卫星姿态能够有效克服各敏感器的缺点提高姿态确定精度,以满足现代卫星高姿态精度的任务需求。本文主要针对星敏感器/陀螺组合卫星姿态确定技术进行了深入的研究,取得一定的成果,主要内容如下:研究了改进的EKF姿态确定算法。典型的星敏感器/陀螺姿态卫星确定算法采用的是估计陀螺常值漂移误差和相关漂移误差对陀螺角速度进行修正的方法,这种方法虽然精度高,但是算法复杂运算量大。针对此问题,本文提出了一种基于简化误差修正的星敏感器/陀螺卫星姿态确定算法,该算法利用高精度星敏感器测量提供基准仅估计陀螺常值漂移误差对陀螺角速度进行简化修正,...  (本文共75页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

快速机动卫星姿态确定算法研究

卫星在处于快速机动状态时,其系统模型非线性程度较高,直接采用稳态时的姿态确定算法会产生较大的系统模型误差,从而使得滤波精度大幅下降。针对这种情形,本文引入了不同估计方法,分别从不同的系统假设与估计准则出发,设计针对快速机动卫星的姿态确定算法。同时,针对星敏感器在卫星快速运动时容易故障的情况,设计了星敏感器的故障诊断与隔离算法。本文的具体研究工作如下:简要介绍卫星姿态确定基础知识,建立描述卫星姿态运动的姿态运动学与动力学方程,针对本次研究所采用敏感器,建立其测量模型。引入扩展卡尔曼滤波算法(EKF),对于系统状态方程做近似线性化并建立姿态确定算法。针对线性化模型与真实模型偏差较大的情况,引入非线性预测滤波理论,对于系统模型误差做出假设,基于模型误差最小准则,通过状态观测校正线性化模型,使其更接近于真实模型,再针对校正后的系统模型进行滤波,从而得到高精度的状态估计。针对系统非线性强的特点,引入基于无迹变换的卡尔曼滤波算法(UKF)。...  (本文共82页) 本文目录 | 阅读全文>>

《空间控制技术与应用》2010年06期
空间控制技术与应用

帆板驱动时的卫星姿态前馈补偿控制

研究帆板驱动影响下的卫星姿态控制问题.帆板驱动时存在转速波动,从而影响卫星姿态.在已有帆板驱动模型的基础上,分析帆板转速特性,通过对帆板...  (本文共5页) 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

不确定性大型桁架结构卫星姿态控制方法研究

随着空间技术的高速发展,日益复杂的在轨任务对卫星性能提出了更高的要求,高精度、高稳定的姿态控制系统是卫星顺利完成复杂空间任务的重要保障。但由于卫星向着轻薄化、多结构、大型化的方向不断发展,很多卫星均采用了大型、轻质且有一定柔性的折展式桁架作为连接结构,例如大口径薄膜相机卫星、大型太阳帆板卫星等。其中,采用薄膜衍射光学成像技术的大口径相机卫星是完成高精度于对地光学遥感成像任务的重要平台,其姿态控制问题具有重要的理论及工程研究价值。卫星姿态机动过程会激发附件的挠性振动。在耦合关系的作用下,挠性振动产生的干扰力矩将严重影响卫星本体运动,进而降低姿态控制精度和稳定度,制约遥感成像性能。因此,针对大型桁架结构卫星设计姿态控制策略,降低挠性振动的影响已成为了亟待解决的问题。同时,由于尺度大、结构复杂等因素,卫星在轨运行还面临干扰力矩等建模不确定性、转动惯量不确定、挠性模态不确定性、姿态及振动测量不确定性等诸多挑战,为控制系统设计带来新的困难...  (本文共120页) 本文目录 | 阅读全文>>

哈尔滨工程大学
哈尔滨工程大学

基于地磁的皮纳卫星姿态控制方法研究

近年来,微电子、新型材料、精密制造等领域技术快速发展,以此为基础的皮纳卫星具备质量轻、体积小、成本低、功能强等突出特点,在民用和军事方面都具有巨大的潜力和较好的应用前景。但皮纳卫星自身设计的制约使得其对星上配置元件的体积、功耗、质量等要求非常严格,姿控系统可选择的执行机构种类有限。充分利用近地空间地球磁场的磁力矩器具备质量轻、能耗低、结构简单、可靠性高等优点,基于磁控,不依靠旋转机构和喷气推进对皮纳卫星进行姿态控制成为目前的重要研究方向。因此针对上述问题,本文对基于地磁的皮纳卫星姿控系统进行了研究。首先,在皮纳卫星的姿态确定方面,对所选择的太阳敏感器、磁强计以及微机械陀螺的工作原理进行了研究,并分别建立了测量模型。在充分考虑皮纳卫星姿态确定系统中的非线性因素和星上处理器的存储容量、计算速度等约束的基础上,采用扩展卡尔曼滤波方法进行敏感器数据处理和姿态估计,在定姿算法中对光照区的“太敏+磁强+陀螺”滤波器和阴影区的“磁强+陀螺”滤...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>

国防科学技术大学
国防科学技术大学

基于星敏感器与陀螺组合的卫星姿态确定算法研究

卫星姿态确定是整个卫星姿态控制系统中的一个重要组成部分。经典的姿态确定算法未考虑到坐标系之间的偏差导致误差矢量估计不准确的问题。同时,在系统模型受不确定性扰动以及出现异常测量值等情况下其滤波性能还有一定的改进空间。本文以星敏感器和陀螺组合的姿态确定系统为研究对象,分别针对前述问题提出相应的改进算法,主要研究内容由以下几个部分构成:第二章分别介绍了姿态坐标系、姿态参数的定义方法及转换公式。给出了不同姿态参数表示下的姿态运动学方程。对于姿态估计中的静态确定方法,仿真分析了几种静态确定算法姿态确定效果,得出的结论是几种静态确定算法的精度无明显差异,它们之间的显著差别是运行时间的不同,并且Euler-q法较其他算法在运行效率上具有一定的优势。第三章中针对MEKF(Multiplicative Extended Kalman Filter)算法中未考虑估计坐标系与真实坐标系之间存在偏差,存在误差矢量表示不一致的问题,通过几何变换对MEKF...  (本文共80页) 本文目录 | 阅读全文>>