QQ客服 官方微博 反馈留言

题名	基于星敏感器的姿态控制与自主定轨算法研究
答辩日期	2013
授予单位	中国科学院研究生院
导师	林宝军
关键词	导航卫星 星敏感器 轨道自主确定 预测滤波 欠驱动控制
学位专业	博士 ; 计算机应用技术
中文摘要	本文以某导航卫星平台为研究背景，从理论研究价值和工程实用性相结合的角度出发，对该卫星姿轨控系统的姿态确定、姿态控制和轨道确定问题进行了方法研究和仿真实验。近年来国内外导航卫星平台的不断发展和更新换代，以及以星敏感器为代表的高精度姿态敏感器的广泛应用，对于导航卫星在定姿精度，姿态控制能力和轨道确定等方面提出了更高的要求，同时由于导航卫星处于地球高轨且要求具有长寿命和高可靠性，因此对于卫星应对各种故障的处理能力提出了更高的要求；另一方面，随着计算机芯片运算速度和处理性能的不断提高，一些适用范围广、鲁棒性较强的非线性滤波算法和非线性控制方法在工程项目中得以应用并取得了不错的效果。本文综合上述观点，结合导航卫星平台任务需求和仿真实验的验证和比较，着重对基于星敏感器的卫星自主定轨，陀螺故障下的单星敏感器定姿，飞轮故障下的欠驱动控制方法以及仅用地球敏感器就能实现的偏置动量偏航机动等方法进行较为深入的研究和探讨。 本文首先介绍了国内外导航卫星的发展现状，重点比较了各导航系统的姿轨控系统设计结构以及轨道确定方法。在比较分析了相关滤波算法和控制方法发展现状与优缺点的基础上，明确了以卫星姿态确定、姿态控制方法和轨道自主确定为主要研究内容，介绍了三轴稳定卫星姿态运动系统的数学基础和数学模型，以及卫星环境干扰力矩等。 为了能够充分发挥高精度星敏感器的性能特点，并解决工程实践中的星敏感器光轴指向误差影响姿态确定的问题，本论文提出了基于双星敏感器测量数据互相校正的星敏光轴指向校正算法，由双星敏感器输出数据经过各自理想安装矩阵转换后应获得唯一的卫星本体姿态为校正原则，利用基于矩阵转换的扫描比较算法获得各自的指向误差，从而达到彼此校正的目的。该方法和现有的星敏/陀螺校正方法比较具有更好的校正精度。 鉴于轨道参数对于保障导航卫星任务执行的重要性，为解决地面测控支持段时间缺失下的卫星轨道确定问题，进行了基于星敏感器校正地球敏感器的卫星自主定轨算法研究，比较了已有的各种自主定轨方法，在充分分析卫星的自主定轨数学模型基础上，针对直接敏感地平定轨方法研究了利用星敏感器校正地球敏感器的相关改进算法，提高了地球敏感器的测量精度，从而提高了基于星敏感器和地球敏感器的自主定轨算法的整体轨道确定精度。 针对单星敏感器姿态确定中星敏感器在卫星角速度较大情况下测量数据精度较差的问题，结合非线性预测滤波算法和矢量观测原理，提出了一种基于W矩阵插值的单星敏感器预测滤波定姿方法，通过星敏感器地检设备的测量获得星敏感器测量精度与卫星转动速度间的函数关系，通过插值算法将该关系融合到预测滤波算法中，从而使得所设计的预测滤波算法能够使单星敏感器在卫星机动情况下仍获得较好的定姿精度，提高单星敏定姿算法的应用范围和可靠度。 在卫星姿态控制方面，针对以反作用飞轮为核心执行器的卫星姿轨控系统发生故障情况下的导航任务执行与卫星能演保障的协调问题，研究了仅用两个飞轮实现的卫星对地定向偏航机动欠驱动控制算法，结合工程实际，算法分为失控卫星的欠驱动稳定控制算法和卫星镇定后的欠驱动偏航对日控制算法，仿真算例以最严格的Z轴反作用飞轮失效及大期望偏航角变化范围轨道为研究条件，仿真中加入了干扰力矩并设计了对应控制算法，仿真结果表明该控制算法在大期望偏航角变化范围轨道对于导航任务具有一定的影响，在小期望偏航角变化范围轨道具有很好的应用价值。 本文以星敏感器为核心姿态敏感器设计较多确定和控制算法，因此针对星敏感器可能存在的故障风险，研究了仅基于地球敏感器测量结果的偏置动量偏航机动控制方法。该方法能够在仅有地敏所测卫星滚动角和俯仰角的条件下同时完成对地定向和偏航对日，相应仿真结果显示该控制算法效果较为理想。 本文最后进行了验证上述确定和控制算法所需的半物理仿真系统，所设计的仿真系统机构较为灵活，既可进行基于数学模型仿真，也可将数学模型替换为单机实物，在应用无线通信和单轴气浮台后，还可进行针对各轴运动特性的仿真验证。运行算例结果显示该仿真系统工作效果较为理想。
内容类型	学位论文
源URL	[http://202.127.2.71:8080/handle/181331/11319]
专题	上海技术物理研究所_全文传递文献库_qwcd 学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	. 基于星敏感器的姿态控制与自主定轨算法研究[D]. 中国科学院研究生院. 2013.

个性服务

查看访问统计

相关权益政策

暂无数据

收藏/分享

除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。