GPS矢量观测确定载体的三轴姿态

利用ＧＰＳ确定姿态是９０年代兴起的一项新技术,ＧＰＳ可为载体提供全球、全天候、精度稳定的三轴姿态,使ＧＰＳ成为可同时测量位置、速度、时间和姿态甚至角速度的１３维全能型敏感器。本文从理论和实验两方面研究了基于ＧＰＳ的矢量观测定姿算法,包括两种基于矢量观测的定姿算法和３种形式的载波相位观测量转换为矢量观测的方法,研究了ＧＰＳ星座对此类转移精度的影响。取得了较满意的实验结果,验证了算法的有生和理论分析的     

利用GPS姿态敏感器和星敏感器测量值的组合确定航天器的姿态

GPS在航天领域的应用有几大优势，例如可在轨获得完全的导航信息，质量轻，体积小，功耗低等。 GPS定姿有许多重要的优点，可快速而可靠地实现初始姿态捕获，抗自旋速率，在执行任务期间始终有二颗GPS卫星在用户航天器视场之中可用于姿态确定。此外，GPS还可作为航天器的一种安全模式姿态敏感器。因此，GPS定姿技术看来是很有前途的。但由于GPS定姿受到基线长度和信号噪声的限制，可实现的定姿精度较低，因此，GPS姿态敏感器不能用于要求高精度姿态测量信息以及基线长度受结构限制的航天器任务上。对于这些航天任务，星敏感器将是合适的姿态敏感器。星敏感器安姿精度高，鲁棒性强，且星敏感器定姿算法业已完全成熟。利用星敏感器定姿的缺点是其视场受到限制，只能在较低的角速率下工作，敏感器性能随时间推移而降低，有时还会产生恒星识别问题。 考虑到GPS和星敏感器各有其优缺点，因此将GPS姿态敏感器和星敏感器组合，取长补短，看来这是极有前途的。这种敏感器组合可应用于广泛的飞行任务类型。满足高精度定姿要求。 目前在德国航空航天研究院（DLR）／德国航天测控中心（GSOC）已经上马了一个研究项目，着手开发GPS姿态敏感器和星敏感器的组合定姿新算法，探索研究两种敏感器互补和彼此支持的各种可能性，以提高姿态解的精度．拓宽这种定姿技术的应用范围。 本文发表的初步研究成果是在转台上进行的一次试验中获得的，试验转台上安装了一个配有4副接收天线的GPS定姿敏感器，在夜间的一次地面试验期间还在转台项上装了一个星敏感器。     

日本广播卫星用射频敏感器

射频敏感器是一种接收地球发射的射频电波并由此获取人造卫星相对于发射射频电波的地球站的姿态信息的高精度测量用敏感器件(最佳精度可达0.01°量级),常用的射频敏感器有两种,即单脉冲此相和单脉冲比辐射频敏感器,这两种敏感器都需配备两副接收天线,不过单脉冲比相射频敏感器是利用两副天线所接收到的射频信号的相位差这一原理测量卫星姿态,而单脉冲比辐射频敏感器则是利用两副天线所接收到的射频信号的幅度差这一原理测量卫星姿态的。本文介绍了日本实验用中型广播卫星(BS)和实用广播卫星(BS-2)上配置的单脉冲比相射频敏感器的概要,工作原理和主要参数。     

JAWSAT卫星采用的GPS综合姿态确定系统

本文讨论ＪＡＷＳＡＴ卫星上应用的一种兼用ＧＰＳ，光纤陀螺和太阳敏感器的星上姿态确定系统的研制细节。ＪＡＷＳＡＴ卫星是一顶三轴稳定的小卫星，拟于１９９６年发射入轨。该星目前正由美国空军学院和Ｗｅｂｅｒ州立大学的学生和教师设计制造，主要用于满足教学的需要。本文首先综述该卫星的设计和技术验证实验，然后着重介绍兼用ＧＰＳ和ＦＯＧ定姿的综合姿态确定系统。     

卫星GPS组合姿态确定系统方案研究

采用ＧＰＳ定姿技术作为卫星高精度自主姿态确定系统的备份,可以提高系统可靠性。在小型和微小卫星上采用ＧＰＳ定姿技术,保证在满足重量、功耗和其它技术指标条件下,姿态和轨道控制系统全面满足任务要求,本方案探索当今姿态和轨道控制系统基本型的研究迈出一步。     

基于扩展卡尔曼滤波的卫星组合姿态确定物理仿真技术研究

针对未来卫星应用的高精度、高可靠性定姿技术需求,设计了卫星单轴组合姿态确定物理仿真系统;采用太阳敏感器和光纤陀螺组合定姿模式,提出了一种扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法,用C语言进行了实验软件设计,系统采用DSP为处理器,还设计了多敏感器数据采集扩展接口;物理仿真实验结果:姿态确定精度优于0.5°;陀螺常值漂移估计的平均值为3.625758e-4°/s,证明了组合姿态确定算法的有效性和该项技术对工程应用的可行性。     

基于星敏感器/光纤陀螺的卫星定姿算法

为了达到卫星三轴姿态确定的精度要求,以某一对地定向的小卫星为研究对象,提出了基于滤波算法的星敏感器和光纤陀螺组合定姿的方案。采用四元数的方法建立卫星姿态确定模型,并采用扩展卡尔曼滤波,对得到的卫星姿态误差和陀螺漂移误差信息进行信息融合和相应的修正。仿真结果表明,即使采用中等精度的陀螺组件,也可以实现高精度定姿;并且验证了星敏感器的测量噪声和滤波周期等因素对定姿精度的影响。     

基于恒星敏感器的姿态确定算法研究

星敏感器是一种精度极高的姿态敏感器。基于恒星敏感器的姿态确定问题,从理论上推导了利用TRIAD算法,QUEST算法和Euler-q算法求解姿态矩阵的公式;以Wahba损失函数为指标,利用确定已知的方向余弦阵、恒星观测矢量及在噪声干扰下的星敏感器的观测矢量,对比研究了各种算法的优缺点。利用一个标准星表,通过仿真计算验证了上述三种算法的正确性和有效性。     

ASTRO-C卫星的CCD星跟踪器

1.前言近年来以天文观测为目的的科学卫星为进行姿态确定和控制,要求高精度的姿态敏感器。卫星姿态敏感器主要有地磁敏感器,太阳敏感器,地球敏感器等。星敏感器(星扫描器,星跟踪器)可作为高精度姿态敏感器。有代表性的实用星敏感器有以下两种:自     

基于多视场星敏感器的姿态确定方法

星敏感器是目前航天器姿态测量精度最高的器件,与传统的单视场星敏感器相比,多视场星敏感器可以实现三轴同样高精度的姿态测量,提高姿态测量精度;针对单视场星敏感器姿态确定问题,推导了以最小代价函数为指标的QUEST姿态确定算法;对于多视场星敏感器,通过坐标变换方法将多个视场的导航星矢量转换到同一视场中,再利用QUEST算法得到航天器姿态;最后仿真结果表明,坐标变换后进行姿态确定得到的姿态数据与单个视场所得的姿态数据相同,验证了方法的正确性。     

基于紫外敏感器的卫星自主导航

卫星自主导航是指卫星不依赖地面支持,而利用星上自备的测量设备实时地确定自己的位置和速度,它是未来卫星导航的必然趋势.紫外敏感器具有精度高、体积小、可以实现多个敏感器功能的特点,利用地球成像的大小和位置以及恒星的位置可以获得卫星的导航信息.为了精确获得卫星导航信息,给出了轨道动力学模型,重点研究了地心矢量的确定方法,地心矢量的准确确定是精确导航的关键,提出了基于紫外敏感器的卫星自主导航模型,设计了扩展卡尔曼滤波算法,并结合轨道数据和测量数据进行了仿真,仿真结果说明了所提方案的有效性.     

三轴稳定卫星姿态控制周期的仿真研究

针对三轴稳定卫星的姿态控制系统,在离散事件仿真器OMNeT 的基础上,建立了以陀螺、星敏感器为敏感器,以反作用飞轮为执行机构的三轴稳定卫星的闭环控制系统.对于卫星姿态控制系统中控制周期的选取作了初步的分析,最后采用双矢量定姿算法和PID控制算法,设定多种控制周期,对该卫星在对地定向模式下的控制精度进行了仿真,仿真结果清楚的显示了控制周期对姿态控制精度的影响.     

基于矩阵星图识别算法的卫星三轴姿态确定方法研究

针对基于星敏感器的三轴稳定卫星姿态确定系统,总结比较了目前用于姿态确定的常用姿态敏感器的性能,引出了星敏感器的核心-星图识别算法,进而分析比较了当前星敏感器星图识别相关的几种算法的优缺点,重点研究了栅格算法;并在此基础上,提出用矩阵星图识别算法,建立了基于矩阵星图识别算法进行卫星三轴姿态确定的数学模型,从而简便、快捷地求出卫星任意时刻的三轴姿态参数;最后利用Matlab分别实现了用栅格算法和矩阵法进行星图识别的仿真,验证了矩阵识别算法的优点,对于研究卫星姿态确定和提高星图识别算法的效率和精度有一定的参考价值.     

SESAT卫星姿轨控子系统和天线指向性能

本文介绍了SESAT卫星姿态确定和控制子系统（ADCS）与推进子系统有关设备，ADCS各种控制模式（包括天线方向图测试模式）及关键性能指标，概要介绍ADCS的动态试验。SESAT卫星在飞行任务的各个阶段都是三轴稳定的，ADCS采用标准敏感器配置（包括地球敏感器，太阳敏感器以及高精度陀螺），正常模式时的执行机构为陀螺稳定器（双框架量轮－双框架具有两个自由度，动量轮转速可变），等离子体推力器用于轨道位置保持控制，肼推力器用于姿态控制，卫星上的有效载荷包括两架展开式固定天线和一架跟踪天线。     

面向微小卫星的可见光地球敏感器设计

可见光地球敏感器是卫星姿态控制系统中一个重要的姿态测量器件。基于CMOS图像传感器,设计一套面向微小卫星的可见光地球敏感器,设计的该地球敏感器具有结构简单、体积小、重量轻、功耗低的特点。本文从地球敏感器的工作原理出发,提出了整个敏感器的构架,并完成了整套系统的软硬件设计。在图像处理过程中,采用一种新的快速Hough变换,极大提高了姿态测量的速度。测试结果表明该地球敏感器的测量精度约为0.1°,很好满足了微小卫星姿控系统对精度的要求。     

用于航天器的GPS姿态确定系统：工程设计研究和地面试验结果

通过对多副天线接收的载波相位测量数据进行差分，全球定位系统（ＧＰＳ）接收机能确定由天线基线确定的坐标系的姿态，本文调节了使用ＧＰＳ确定航天器姿态的可能性，肯定了当前ＧＰＳ的应用情况，考虑了几种可供选择的结构，并且确定了满足了大多数应用需要的一种基本结构，本文主要介绍在喷气推进实验室（ＪＰＬ）的飞行系统试验台（ＦＳＴ）上做过试验的这种基本结构的样机，描述了该试验装置并给出了试验结果，本文分析ＧＰＳ定     

用多天线GPS测量载体姿态角

随着ＧＰＳ的发展以及实际系统的需要，利用ＧＰＳ测量舰船或飞机等系统的横倾角、纵倾角以及方位角已成为ＧＰＳ应用的一个主要方向。本文讨论了使用多天线，多通道ＧＰＳ接收机，通过测量其天线的载波相位模糊度，以进行系统的姿态测量，给出了两种姿态角的估算方法，并对两种方法特点及应用进行了说明和比较。     

复杂环境下卫星姿态确定技术

在未知扰动噪声分布和强度先验信息前提下,提出了基于无迹卡尔曼滤波(UKF)状态估计的星敏感器和陀螺仪组合的高精度卫星姿态确定方法.设计了基于自回归(AR)模型的扰动噪声的建立方法,进而推导星敏感器与陀螺仪组合定姿的测量方程和过程方程,最终采用交互式多模型(IMM)定姿方法自适应调整模型集中不同噪声水平的概率以“高斯和”形式逼近未知的真实噪声,实现卫星高精度定姿.实验结果表明,IMM定姿精度优于单个模型定姿结果,并且具有较强的鲁棒性,能够为实际工程应用提供参考价值.     

确定地球同步自旋卫星姿态的一种方法

本文提出一种同时利用地球角θe、太阳角θs和星日-星地转动角λse三种姿态测量信息,确定卫星姿态的方法.该法算式简易,可唯一地确定卫星姿态.消除了采用两种姿态测量信息的姿态确定方法所引起的高相关和低测量密度的不良区域.本文方法仅有太阳矢量和地球矢量共线的几何限制,能方便地把λse引入滤波器.通过数字仿真,表明此法可得到良好的姿态确定精度及滤波估计.     

为小卫星定位和姿态确定在轨试验用的一种新型GPS接收机

星载ＧＰＳ定位和定轨的益处已在有限的几项卫星任务（如ＰｏＳＡＴ－１）上得到验证。ＧＰＳ姿态确实是个复杂的问题，它已是人们进行大量研究的一个主题，但能从轨道任务中获取的信息还非常少。最近ＳＳＴＬ在与ＥＳＡ的合作中已着手开始一项计划，研制具体针对小卫星的ＧＰＳ接收机。其设计不但是为了定位而且还要进行姿态确定试验。此项研制任务资金预算有限，进度安排紧，并且利用先进的商业技术。这种ＧＰＳ接收机有５根天线，