基于多传感器信息融合的卫星姿态确定技术研究

发布时间：2017-04-25 20:18

  本文关键词：基于多传感器信息融合的卫星姿态确定技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文以正在研制的某卫星的姿态确定系统设计为背景,从理论上较为全面的研究了三轴稳定卫星的姿态确定技术,建立了姿态敏感器的测量模型和姿态确定估计模型,并选用算例对所建模型进行了仿真。 应用卫星姿态动力学方程,建立了基于欧拉角描述的姿态确定估计模型。应用该估计模型,分别研究了在稳态控制期间,基于扩展卡尔曼滤波算法的“地平仪”单独定姿、“星敏感器”单独定姿、“地平仪和星敏感器”组合定姿、“星敏感器和陀螺”组合定姿、“地平仪和陀螺”组合定姿、“磁强计和陀螺”组合定姿等方案。研究了在初态速率阻尼阶段应用陀螺定姿的方案。 应用卫星姿态运动学方程,建立了基于欧拉角描述的姿态确定估计模型。应用该估计模型,研究了稳态控制期间基于扩展卡尔曼滤波算法的“星敏感器和陀螺”组合定姿的方案。 对这些姿态确定算法的算例进行仿真与分析,对各种算法进行了评估。仿真结果表明,这些算法具有较好的滤波稳定性和较快的收敛性,且具有较理想的定姿精度,能分别满足中等精度和高精度要求,在三轴稳定航天器姿态确定和自主导航中具有良好的应用前景。
【关键词】：三轴稳定卫星 姿态敏感器 姿态确定 卡尔曼滤波
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：V448.22
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-12
• 第一章 前言12-18
• §1.1 引言12-13
• §1.2 卫星姿态确定技术的研究现状13-16
• 1.2.1 国外研究现状13-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.2.3 发展方向15-16
• §1.3 本文主要研究内容16-18
• 第二章 卫星姿态描述和运动模型18-30
• §2.1 坐标系定义及其转换18-21
• 2.1.1 坐标系定义18-19
• 2.1.2 坐标系之间的方向余弦阵19-20
• 2.1.3 坐标系转换矩阵的欧拉角表示法20-21
• §2.2 卫星姿态运动学模型21-23
• 2.2.1 卫星姿态运动学方程21-22
• 2.2.2 四元素表示法22
• 2.2.3 欧拉角表示法22-23
• §2.3 卫星姿态动力学模型23-25
• §2.4 干扰力矩模型25-29
• 2.4.1 引力梯度力矩26
• 2.4.2 气动力矩26-27
• 2.4.3 太阳辐射压力矩27-28
• 2.4.4 地磁力矩28-29
• §2.5 本章小结29-30
• 第三章 最优线性滤波方法30-40
• §3.1 动态系统的数学描述30-33
• 3.1.1 连续时间线性系统30-31
• 3.1.2 离散时间线性系统31-32
• 3.1.3 连续时间线性系统的时间离散化32-33
• §3.2 线性滤波问题概述33-34
• §3.3 离散时间线性系统的卡尔曼滤波34-39
• 3.3.1 系统描述34-35
• 3.3.2 Kalman滤波器35-37
• 3.3.3 稳态Kalman滤波器37-38
• 3.3.4 多传感器稳态最优Kalman滤波器38-39
• §3.4 本章小结39-40
• 第四章 姿态敏感器定姿模型40-51
• §4.1 地平仪定姿模型40-43
• §4.2 磁强计定姿模型43-45
• §4.3 陀螺仪定姿模型45-46
• §4.4 星敏感器定姿模型46-50
• §4.5 本章小结50-51
• 第五章 卫星姿态确定估计模型51-68
• §5.1 卫星刚体动力学方程的线性化51-56
• 5.1.1 稳态控制期间卫星刚体动力学的线性化51-52
• 5.1.2 非稳态控制期间卫星刚体动力学的线性化52-56
• §5.2 稳态控制期间应用地平仪定姿的估计模型56-57
• §5.3 稳态控制期间应用星敏感器定姿的估计模型57-58
• §5.4 稳态控制期间应用星敏感器和陀螺组合定姿的估计模型58-59
• §5.5 稳态控制期间应用地平仪和陀螺组合定姿的估计模型59-61
• §5.6 稳态控制期间应用星敏感器和地平仪组合定姿的估计模型61-62
• §5.7 稳态控制期间应用三轴磁强计和陀螺组合定姿的估计模型62-63
• §5.8 初态速率阻尼阶段应用陀螺定姿的估计模型63-65
• §5.9 应用卫星姿态运动学的姿态确定估计模型65-66
• §5.10 本章小结66-68
• 第六章 仿真算例及结果分析68-93
• §6.1 稳态期间仿真条件68-72
• §6.2 稳态控制期间仿真结果与分析72-82
• 6.2.1 应用地平仪确定姿态仿真72-73
• 6.2.2 应用星敏感器确定姿态仿真73-75
• 6.2.3 应用星敏感器和陀螺组合确定姿态仿真75-77
• 6.2.4 应用地平仪和陀螺组合确定姿态仿真77-79
• 6.2.5 应用地平仪和星敏感器组合确定姿态仿真79-80
• 6.2.6 应用磁强计和陀螺组合确定姿态仿真80-82
• §6.3 初态阶段应用陀螺定姿的仿真82-84
• §6.4 应用姿态运动学方程定姿的仿真84-86
• §6.5 姿态确定相关分析86-92
• 6.5.1 不同模型噪声下的定姿仿真与分析86-87
• 6.5.2 不同测量噪声下的定姿仿真与分析87-89
• 6.5.3 关于滤波器简化89-90
• 6.5.4 轨道预报误差对姿态确定的影响分析90-92
• §6.6 本章小结92-93
• 第七章 结论与展望93-96
• §7.1 工作总结93
• §7.2 主要结论93-95
• §7.3 研究展望95-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-101
• 附录A Matlab仿真程序101-105
• 附录B 在学期间公开发表的学术论文105

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 韩秀萍;姚璐;韩思雨;;复杂环境下卫星姿态确定技术[J];计算机应用;2012年S1期

2 梁骁俊;;基于模块化的三轴稳定卫星姿控系统仿真[J];计算机仿真;2012年09期

3 艾奇;葛升民;;基于星敏感器和陀螺的卫星定姿新方法[J];现代电子技术;2012年04期

4 姚璐;韩秀萍;韩思雨;;基于滑窗最小二乘陀螺仪故障检测[J];遥测遥控;2013年01期

5 李鹏;唐健;段广仁;宋申民;;基于自适应联邦滤波的卫星姿态确定[J];中国空间科学技术;2013年02期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 刘翔春;周伟敏;廖瑛;;基于多敏感器的高轨卫星姿态确定建模与仿真[A];第13届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王捷冰;五自由度气浮仿真试验台位置和姿态控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 曹鹤;基于X射线源的航天器自主定位/定姿方法研究[D];国防科学技术大学;2009年

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本文编号：327031