基于地磁场的轨道姿态一体化确定

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法.利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法.利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析.最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性.     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测 陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式，采用欧拉角作为姿态参数，应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息，给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法．在算法的设计过程中，针对单矢量观测情况，通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度；针对多矢量观测情况，把QUEST法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中，使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化．     

基于磁强计和陀螺测量的卫星轨道姿态一体化确定算法

突破卫星轨道和姿态参数分别确定分而治之的传统模式,提出了利用磁强计和陀螺测量信息同时确定卫星轨道和姿态参数的新方法。利用磁强计提供的地磁场测量值与地磁场模型计算值之间的差值,以及陀螺提供的角速度信息,推导了轨道姿态一体化确定扩展卡尔曼滤波算法。利用局部可观测性理论定量地计算系统局部可观测矩阵的条件数,进而利用该条件数对系统的可观测性进行深入分析。最后对本文算法进行了数学仿真,结果表明该算法的可行性和有效性。     

基于矢量观测确定卫星轨道姿态:欧拉角估计器

针对“矢量观测+陀螺”这种典型的三轴稳定卫星姿态确定系统配置模式,采用欧拉角作为姿态参数,应用扩展卡尔曼滤波技术综合处理姿态测量信息,给出了具有良好滤波性能的轨道姿态估计算法.在算法的设计过程中,针对单矢量观测情况,通过改进协方差修正算法加快了状态估值的收敛速度;针对多矢量观测情况,把 QUEST 法作为矢量观测数据压缩技术有效地结合进姿态估计器中,使得在多矢量观测情况下的滤波修正算法得到了简化.     

双自旋人造卫星的姿态动力学方程和稳定性研究

把卫星视为刚体和半刚体研究其自旋稳定性虽然简单可行,但必须使自旋轴成为最大惯量主轴.而要把完成各种使命的卫星都设计成短粗状是不现实的,因此双自旋卫星的设想便应运而生.空间环境存在着许多不确定因素,由于姿态失稳而导致的事故也时有发生.本文在把卫星作为刚体和半刚体研究其自旋稳定性的基础上,考虑到耗能器在稳定性研究中的作用,建立了一个不失一般性的模型,推导了双自旋卫星的姿态动力学方程,并探讨了它的姿态稳定性的实现条件.即当阻尼器参数确定后,双自旋卫星姿态稳定取决于平台和转子的标称角速度。这一结果对进一步研究各种形状的卫星类航天器具有普遍意义.     

挠性航天器浮动质心动力学建模

为提高挠性卫星的姿轨耦合控制精度,针对挠性卫星的姿态动力学建模问题展开研究.采用有限元与牛顿力学相结合的方法,提出一套体现卫星真实质心的浮动运动的浮动质心模型及建立在卫星浮动质心上的高精度动力学模型.利用此模型描述挠性卫星的姿态运动状态,能够准确反映出卫星的姿态运动与轨道运动之间的耦合关系以及卫星附件的挠性振动对卫星质心位置、速度的影响,进而准确估计出在挠性卫星有姿态机动的情况下各动力学要素与动态性能指标受挠性振动的影响,为提高卫星控制精度提供依据.通过仿真计算可知,应用该模型对卫星姿态机动过程进行动力学仿真所得到的结果符合实际工程约束,具有良好的可行性.     

基于多输出频率传感器的卫星姿态确定方法研究

卫星多种姿态敏感器数据更新频率不同,如陀螺的输出频率远高于星敏感器.常用的 姿态估计步长较大,当卫星角速度较大时,估计精度下降.论文设计了多步长姿态确定方案 ,在星敏感器输出之间,利用陀螺数据积分进行姿态估计,在星敏感器输出测量值后更新姿态, 并校正陀螺漂移.数学仿真表明该方案能够获得高精度、高更新频率的卫星姿态信息.在卫 星角速度为1×10-4(°/s)情况下,三轴姿态角估计误差方差为1.20×10-4( °),与常用定步长方案的效果相同;在卫星角速度为5×10-3(°/s)情况下,姿态 角估计误差方差为1.51×10-4(°),而定步长方案姿态角估计误差方差为1.10×10 -3(°).该方法能够有效提高卫星姿态确定精度,适用于其它多种敏感器数据更新频率不同的应用要求.     

基于粒子滤波和UKF联合滤波的卫星姿态估计

针对矢量观测的三轴稳定卫星的姿态估计问题,提出了基于粒子滤波(PF)和Unscented卡尔曼滤波(UKF)的一种联合滤波方法.为了避免粒子滤波的状态高维数引起的计算量过大、难收敛等问题,采用UKF滤波来估计陀螺的漂移,从而使粒子的数量大大减少,以较少的运算量获得较好的滤波效果.另外,通过定义增量误差四元数和采用无冗余的广义罗德里格参数(Generalized Rodrigues Param eters)(三参数)描述卫星姿态,使四元数的归一化处理是隐含的,从而解决了四元数的归一化所造成的协方差阵奇异问题.将该方法应用于某型号卫星的姿态估计,并与UKF相比,即使在较大初始姿态误差情况下,算法也能很快地收敛,验证了所设计的姿态估计算法是可行有效的.     

调姿时间对敏捷成像卫星任务规划影响仿真

任务间卫星观测姿态调整时间是敏捷成像卫星任务规划最为重要的一个约束。对姿态调整时间的影响因素进行分析,建立空间运动学模型计算任意时刻卫星对目标的观测摆角。在此基础上,给出一种姿态调整时间的计算方法。通过仿真实验,对不同调姿模式和调姿开始时间条件下姿态调整时间的变化及其对最早可观测时间的影响进行了分析,旨在为敏捷成像卫星任务规划提供支持。     

提高低轨道卫星预报精度的一个方法

为了提高卫星预报精度 ,采用了与其他人不同的方法 :从IRV资料 (欧洲提供预报的卫星三维坐标和速度分量的资料 ;使用的坐标系随着地球转动 ,x轴指向地球经度零点 )求出初始轨道根数 .用多圈IRV资料或SLR (卫星激光测距 )资料进行轨道改进求出更好的轨道根数a、i、Ω、ξ =esinω ,η =ecosω和l=M +ω .与三维坐标和速度相比 ,用这些轨道根数作为数值积分基本变量 ,可减少内插多项式的次数 .本法的x轴指向平春分点 ,以减少世界时改正值UT1-UTC的预报值误差影响 .用最新的SLR资料改进卫星轨道 .预报时 ,计算的地球球谐阶、次扩展到 2 0× 2 0 ;日、月坐标精度提高到 2′ ,以进一步提高日、月摄动的计算精度 .光压摄动、大气摄动、坐标系和极移的影响均已考虑 .改进的预报有利于白天SLR .本法已编成程序并在上海天文台SLR站 4 86 /6 6微机上实现 .机外操作一次就可执行从初始轨道、观测资料处理和滤波计算卫星的各种摄动、数值积分、轨道改正、内插和快速计算卫星地面视坐标的全部任务     

基于二阶非线性滤波的星上陀螺在轨标定

为提高三轴稳定卫星姿态确定精度,针对典型的陀螺/星敏感器联合定姿方案,结合二阶非线性滤波估计,推导了一种利用星敏感器对陀螺进行实时在轨标定的算法.充分考虑卫星姿态测量过程中可能出现的各种误差源,建立陀螺安装误差、标定因子误差以及漂移模型,并对陀螺测量过程中可能出现的各种误差进行在轨补偿,为卫星姿态确定和校正提供丰富的姿态测量信息,以确保姿态测量器件长期在轨工作精度.采用该算法对哈尔滨工业大学"试验卫星一号"遥测数据进行复算和校核,结果与实际飞行数据吻合,验证了该在轨标定算法的有效性和可靠性.     

扫描镜运动对三轴稳定卫星姿态影响研究

推导了带扫描镜运动的星体姿态动力学方程，以此方程对扫描过程进行了仿真计算，分析了扫描镜做扫描运动时星体姿态运动的一般规律及星体与扫描镜之间惯量比对星体姿态的影响。结果表明，扫描镜的步进运动将引起星体滚动姿态的单调变化，而周期性的扫描运动将引起星体偏航和俯仰姿态的周期性运动。改变扫描镜绕步进轴的转动惯量主要影响星体滚动姿态，而改变扫描镜绕扫描轴的转动惯量，主要对星体俯仰、偏航运动姿态有影响。     

陀螺/星敏感器在轨标定算法研究

为确保姿态测量器件长期在轨工作精度,提高三轴稳定卫星的姿态确定精度,针对典型的陀螺/星敏感器联合定姿方案,推导了一种对陀螺和星敏感器进行实时在轨标定的算法.充分考虑卫星姿态测量过程中可能出现的各种误差源,建立陀螺和星敏感器的安装误差和标定因子误差模型,并对可能出现的各种误差进行在轨补偿,与同类算法相比,为卫星姿态确定和校正提供了更加丰富的信息,计算量更小.最后对该算法进行了数学仿真,仿真结果验证了该在轨标定算法的有效性和可靠性.     

多敏感器智能信息融合卫星定姿新方法

为解决目前的卫星定姿系统没有考虑实际工作状态的变化,即缺乏剔除污染数据的故障规避模块,并简单采用固定的融合方法对所得数据进行处理,脱离定姿环境的实际情况的问题,提出了一种基于NFE模型的智能融合算法.该算法引入波门预处理技术对污染数据进行有效剔除,然后通过NFE模型计算定姿系统置信度,根据不同的实际情况选择相应融合方法...     

Geometric Calibration and Image Quality Assessment of High Resolution Dual-Camera Satellite

The evaluation of geometric calibration accuracy of high resolution satellite images has been increasingly recognized in recent years. In order to evaluate geometric accuracy for dual-camera satellite images based on the ground control points(GCP), a rigorous geometric imaging model,which was based on the collinear equation of the probe directional angle and the optimized tri-axial attitude determination(TRIAD) algorithm, is presented. Two reliable test fields in Tianjin and Jinan(China) were utilized for geometric accuracy validation of Pakistan Remote Sensing Satellite-1. The experimental results demonstrate a certain deviation of the on-orbit calibration result from the initial design values of the calibration parameters. Therefore, on-orbit geometric calibration is necessary for optical satellite imagery. Within this research, the geometrical performances including positioning accuracy without/with GCP and band registration of the dual-camera satellite were analyzed in detail, and the results of geometric image quality are assessed and discussed. As a result, it is feasible and necessary to establish such a geometric calibration model to evaluate the geometric quality of dual-camera satellite.     

基于卫星姿态敏感器和星载天线信息的联合姿态确定方法

为提高姿态估计的速度和精度,提出一种利用星载天线信息进行姿态确定的新方法。研究分析了天线接收信号中可以用于卫星姿态确定的信息,推导并建立了由误差四元数表示的天线测量残差线性模型。基于卫星姿态敏感器的测量残差模型和天线测量残差模型,组建了陀螺/红外地平仪/太阳敏感器/天线新型联合姿态确定系统,最后利用集中式测量融合滤波对卫星姿态进行估计。仿真结果表明,天线信息的引入可以显著提高姿态确定的精度,并使整个系统的收敛速度有明显提高。     

反作用飞轮非理想电磁力矩对卫星姿态的影响

针对反作用飞轮中存在的力矩波动和力矩跳动这2种非理想电磁力矩,分析其产生机理,建立了轮控微小卫星姿态稳定控制系统的仿真模型.分析了力矩波动系数和力矩波动频率、力矩跳动幅值和跳动持续时间对卫星姿态的影响,最后给出抑制非理想电磁力矩的措施.分析和仿真表明:当卫星姿态控制精度要求较高时,非理想电磁力矩的影响不容忽视.力矩波动...     

基于太阳能电池板的皮卫星最优姿态确定算法

为了提高皮卫星系统的设计冗余和可靠性,太阳能电池板可以复用为粗太阳敏感器.由于具有全空间视场,这一灵活的配置对周边光源有较强的敏感性,因此,在地球反照光干扰下,测量精度不高.在这一特定情况下,研究了改进的姿态确定算法,以提高卫星的姿态测量精度.根据反照光影响下电池板的实际输出情况,重新讨论Wahba问题,提出太阳能电池板定姿的新损失函数,并推导了该函数最小二乘意义下的最优姿态确定方法.与基于Wahba模型常用的四元素估计法(QUEST)相比,该模型的定姿算法具有更高的精度.蒙特卡罗仿真表明:该算法的平均定姿误差比QUEST小17%,误差标准差比QUEST小57%.     

角速度约束卫星编队控制与虚拟演示验证

针对角速度约束下卫星编队姿态同步控制问题,提出一种附加系统动态-姿态同步控制器综合设计策略. 首先,考虑角速度约束影响,建立约束下卫星编队模型;其次,建立姿态跟踪误差方程,将角速度约束转化为角速度跟踪误差约束,并设计新型有限时间附加系统动态,保证姿态变化满足约束要求;然后,基于附加系统状态,设计姿态同步控制器,实现卫星编队有限时间姿态同步;最后,搭建分布式实时仿真验证平台,主控单元由仿真单元提取实时数据绘制仿真曲线,同时将数据发送至视景单元进行场景驱动,通过实时仿真曲线与离线仿真结果的对比分析以及编队控制过程的三维可视化演示,实现了实时环境下控制算法的可靠性验证.     

Animation simulation of satellite attitude control

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