基于地磁的皮纳卫星姿态控制方法研究

发布时间：2021-05-17 22:28

　　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”滤波器两种情况进行了充分研究与理论分析,仿真表明当三种测量信息有效融合时,姿态角估计精度<0.5^°,三轴角速率估计精度<0.02... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：80 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 皮纳卫星技术研究现状
        1.2.1 皮纳卫星技术的国外研究现状
        1.2.2 皮纳卫星技术的国内研究现状
    1.3 皮纳卫星姿控系统研究现状
        1.3.1 姿态确定技术研究现状
        1.3.2 磁控理论研究现状
    1.4 论文主要内容
第2章 皮纳卫星基本动力学与环境模型
    2.1 引言
    2.2 卫星参考坐标系的定义及转换关系
        2.2.1 卫星参考坐标系
        2.2.2 常用坐标系之间的转换关系
    2.3 卫星姿态描述
        2.3.1 余弦矩阵描述
        2.3.2 欧拉角法
        2.3.3 四元数法
        2.3.4 三者之间的转换关系
    2.4 卫星姿态运动学与姿态动力学
        2.4.1 卫星姿态运动学
        2.4.2 卫星姿态动力学
    2.5 空间干扰力矩模型
        2.5.1 地球大气和气动干扰力矩
        2.5.2 地磁场模型与磁干扰力矩
    2.6 卫星及轨道参数
    2.7 本章小结
第3章 皮纳卫星姿态确定算法研究
    3.1 引言
    3.2 姿态敏感器
        3.2.1 太阳敏感器
        3.2.2 磁强计
        3.2.3 MEMS陀螺
    3.3 卫星姿态确定方法分类
        3.3.1 矢量确定法
        3.3.2 状态估计法
    3.4 “太敏+磁强+陀螺”EKF滤波定姿算法研究
        3.4.1 系统状态方程
        3.4.2 EKF姿态滤波器设计
        3.4.3 仿真结果及分析
    3.5 本章小结
第4章 皮纳卫星姿态磁控算法研究
    4.1 引言
    4.2 执行机构
        4.2.1 磁力矩器
        4.2.2 磁矩的生成和分配方法
    4.3 速率阻尼阶段控制律设计及仿真
        4.3.1 速率阻尼阶段控制律设计
        4.3.2 仿真结果及分析
    4.4 姿态捕获阶段控制律设计及仿真
        4.4.1 姿态捕获阶段控制律设计
        4.4.2 仿真结果及分析
    4.5 三轴稳定阶段控制律设计及仿真
        4.5.1 三轴稳定阶段控制律设计
        4.5.2 仿真结果及分析
    4.6 本章小结
第5章 皮纳卫星姿控系统全模式仿真
    5.1 引言
    5.2 姿控系统总体方案设计与仿真流程
        5.2.1 姿控系统总体方案设计
        5.2.2 仿真系统流程和参数
    5.3 卫星姿控系统功能概述
        5.3.1 对地定向全模式数学仿真
        5.3.2 对地/对日定向切换全模式数学仿真
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3192564