基于多矢量观测的姿态确定算法仿真与分析

发布时间：2020-09-28 14:30

　　在实际的工程应用中,矢量定姿问题是非常重要的课题,与国外相比我国在该领域的研究稍显薄弱。根据观测矢量求取飞行器姿态的相关算法发展至今形成了两大类:一类是确定性算法,这类算法相对简便直接,但较为依赖所获取观测矢量的准确性,其仍有较大的改进空间;另一类因应各种复杂实际问题而进一步发展出的状态估计算法,该类算法一定程度上克服了各种不确定因素的影响。本文重点关注确定性算法中的TRIAD算法,这类算法包含两个大类:一种是传统型算法,这种算法本身存在缺陷,其第二个矢量信息在计算过程中存在信息缺损,这影响到了最终的定姿精确度;另一种则是在此基础上改进的最优算法。立足于TRIAD算法的特点,本文提出了改进算法。改进出发点为:1,提高第一个矢量的准确性从而提高矢量定姿的准确性;2,引入多个矢量以提高矢量定姿精度;3,不要过多引入矢量,尽量保证精度而简化算法。改进算法的具体措施是引入三个矢量,将前两个矢量加权处理获得的新矢量作为基准矢量,将其联合第三个矢量进而应用TRIAD算法进行矢量定姿,由此将三个矢量测姿的问题转换为两个矢量的问题研究。为此引入大量数据进行仿真对比和分析,结果显示该算法同传统算法相比优势明显,其精确度更高。而对比最优算法在结果上准确性几乎一致,但解算的复杂度及时间却明显减少。论文最后也对本法的局限性以及可以改进的方向进行了论述。
【学位单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V448
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题的背景
    1.2 姿态测量与控制概述
        1.2.1 姿态测量与控制相关背景
        1.2.2 飞行器的姿态确定和控制
        1.2.3 航天遥测
    1.3 本文研究的主要内容及目的
    1.4 课题研究的理论意义
2 飞行器姿态的确定
    2.1 飞行器姿态控制系统的组成与分类
    2.2 姿态敏感器
        2.2.1 太阳敏感器
        2.2.2 星敏感器
        2.2.3 加速度计
        2.2.4 陀螺仪
        2.2.5 磁强计
    2.3 空间坐标系
    2.4 飞行器的姿态描述
        2.4.1 参考坐标系
        2.4.2 姿态的描述
        2.4.3 方向余弦式
        2.4.4 欧拉角式
        2.4.5 四元数式
    2.5 姿态方程
        2.5.1 姿态的描述
        2.5.2 姿态的运动学方程
        2.5.3 姿态的动力学方程
    2.6 姿态确定的状态估计
    2.7 三轴姿态的代数法确定
        2.7.1 双矢量确定姿态及精度估计
        2.7.2 多矢量确定姿态
3 基于矢量观测确定飞行器姿态的确定性算法
    3.1 TRIAD法
    3.2 QUEST法
4 改进算法的仿真对比
    4.1 蒙特卡洛算法概述
    4.2 矢量的加权平均
    4.3 基于多个观测值加权矢量和的TRIAD法
    4.4 数据仿真及分析
    4.5 结论
5 该研究的不足以及未来可以改进的方面
参考文献
附录
致谢

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