中巴地球资源卫星的姿态和轨道控制系统

中巴地球资源卫星于1999年10月14日发射成功,至今在轨运行正常。该卫星的姿态轨道控制系统是一个整星零动量自主冗余控制的三轴稳定控制系统。该系统具有性能指标高、系统复杂、技术难度大、国产化部件多、自主功能强、在轨维护方便等特点。本文介绍了系统的组成、方案设计、创新点和特色及飞行结果。     

具有轨道保持能力的低成本地球观测卫星的姿态控制系统

UoSAT-12是由萨里卫星技术有限公司(SSTL)制造的一种低成本小卫星。此外。UoSAT-12也是未来地球观测卫星星座中用于验证高性能姿态控制和轨道保持技术的一个技术验证卫星。该卫星采用三轴反作用轮配置和冷气推进系统来确保精确和快速的姿态控制，例如，在轨道机动期间的姿态控制。磁力矩器线圈主要辅助飞轮动量卸载。本文简述了支持下列功能所要求的几种姿态控制模式：1)初始姿态捕获，2)目标定向和跟综期间高分辨成像有效载荷的操作，3)轨道机动期间的推进系统机动。本文阐明这些控制模式运行时具体采用了姿态控制器和状态估计器。文中介绍了各种仿真和在轨检测结果，用来评估性能和设计目标。为了提高控制和估计的精度，对星上敏感器和执行机构采用了在轨标定和校准程序。文中发表了这些程序的一些标定结果及最后实现的精度改进。     

面向皮纳卫星姿态确定的MEMS陀螺磁强计组合滤波系统

针对难以配置高精度部件的皮纳卫星姿态测量系统,当卫星处于阴影区或任何太阳敏感器不可用的状态下,MEMS陀螺与磁强计的组合便成为卫星在轨姿态测量精度的重要保障.本文基于MEMS陀螺与磁强计的低功耗、全轨、全天时、最小姿态敏感组合,提出一种适用于皮纳卫星在轨运行的滤波系统方案.该方案通过滑窗ARMA建模降低陀螺随机噪声的影响,并由姿态滤波器估计所得的零偏在线去除陀螺常值分量,以保证其建模的长期有效性.本文以浙江大学皮星二号卫星搭载的敏感部件以及姿态测量算法为研究基础,结合在轨实测数据,仿真对比表明,该系统方案有效降低了陀螺随机噪声,抑制比达50％以上;陀螺零偏估计精度提高310％,可达到0.001°/s;姿态确定精度提升190％,可达1.2127°.该系统方案是对皮纳卫星姿态确定最小系统精度提升及实用方案设计的有益探索.     

受扰挠性卫星角动量反馈控制

卫星上一般安装动量轮做为控制系统的执行机构。动量轮角动量间接反映卫星姿态角速度信息，将动量轮角动量的测量信息引入反馈控制系统，为高稳定度卫星姿态控制开辟了另一有效途径。本文给出了角动量反馈控制器的具体形式，证明了挠性卫星闭环系统稳定性，分析了控制系统对周期性干扰的抑制特性，进行了控制系统稳态精度分析。结果表明，角动量反馈控制方法为提高受周期性干扰的挠性卫星姿态控制稳定度提供了一条有效途径。     

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。     

日光-A用星跟踪器的在轨性能

文部省宇宙科学研究所内之浦宇宙空间观测所1991年8月30日用M-3S-Ⅱ火箭发射了第14号科学观测卫星SOLAR-A(发射后命名为“日光”号)。它是当前日本唯一一颗在轨执行观测太阳峰年活动任务的太阳观测卫星,它利用星上搭载的观测仪器将完成各种高精度的观测任务,因此必须进行高精度的姿态控制,为此星上配置了姿态测量用敏感器,其中之一星跟踪器可持续地跟踪恒星,在摄取到已知的星图后进行识别处理,对星图上的已知星跟踪定向,然后利用陀螺仪等星载仪器校正卫星姿态。根据初始运用情况和以后的在轨数据分析,可确认该星跟踪器已满足所希望达到的姿态检测精度和星等精度。本文记述了“日光”号搭载的星跟踪器的在轨性能。     

基于Fuzzy ART聚类的卫星在轨姿态监测系统设计

针对传统卫星在轨姿态监测系统无法确定在轨姿态向量与正常向量匹配度,导致姿态角度监测结果不精准的问题,提出基于Fuzzy ART聚类的卫星在轨姿态监测系统设计;系统硬件根据GPS解算方位角和俯仰角,隔离载体扰动;使用MSP430数字/模拟信号转换器,统一CPU指令和寻址模式;使用AS5145B磁角位置编码器输出脉冲信号;通过双轴磁传感器HMC6352的电磁罗盘电路得出卫星在轨姿态大致方向;软件部分利用Fuzzy ART聚类卫星在轨姿态监测数据,确定聚类中心,判定卫星在轨姿态向量与正常向量匹配度,根据匹配结果,开辟新的记忆节点,给出报警信息,完成姿态监测;实验结果表明,所设计系统在轨道圈数为1圈时施加控制力矩,能够迅速使姿态达到稳定;轨道圈数为2圈时,z轴方向的俯仰角与实际三维角度相差1°,表明该系统对卫星在轨姿态监测准确率较高.     

基于自适应反作用零空间控制的大型非合作目标动力学参数实时辨识仿真

针对小型空间机器人抓捕大型空间非合作目标时被抓捕目标初始动量未知且不为0、实时辨识过程中基座姿态受扰动较大的问题,采用自适应反作用零空间控制方法保证在轨实时参数辨识阶段基座姿态受到的扰动最小,建立含有目标动力学参数的动量增量方程,根据在轨实时测量的基座线速度、角速度和机械臂关节角度、角速度求解目标的未知动力学参数.数值仿真结果表明,该方法在辨识过程中可实现空间机器人基座姿态较小的扰动,而且在初始动量未知且不为0的情况下能够实时高精度辨识出大型非合作目标的动力学参数.     

带有挠性附件卫星的自适应内模控制

挠性部件诱导的振动干扰有时严重影响大型卫星姿态指向和稳定度。为了保证姿态控制的高精度和高稳定度,本文导出了带有“拍打”运动的挠性卫星数学模型,并指出模型的不确定性;给出了卫星姿态控制器的基本形式,分析了控制器参数的选取准则以保证姿态控制系统的稳定性;进而利用在轨辨识在线修正控制器参数形成了卫星姿态的自适应内模控制器。分析和实验表明,本文提出的自适应内模控制器能够有效提高大型卫星的姿态指向精度和稳定度。     

捕获目标卫星后组合体航天器模糊神经网络滑模控制

探讨了漂浮基空间机械臂系统在轨捕获参数未知目标卫星后组合体航天器的镇定控制问题.首先在耦合空间机械臂系统捕获目标卫星操作过程动量、冲量的传递的基础上,建立了适用于漂浮基空间机械臂系统在轨捕获漂浮卫星控制系统设计的组合体航天器数学模型.利用该模型,设计了一种基于模糊高斯基神经网络的非奇异Terminal滑模控制算法.提出的控制算法不仅不要求系统动力学方程关于惯性参数呈线性函数关系,而且也不需要预知系统惯性参数;由于利用神经网络的自学习能力修正模糊控制的控制规则和隶属函数,这样在系统参数识别中,模糊神经网络可减少模糊规则数,更适应于空间机械臂系统在轨捕获的实际应用.最后通过仿真试验对比结果验证了所提出的控制算法的有效性.     

NEC公司研制出卫星高精度姿态控制系统评价设备

据日刊《NEC 技报》1993年4月(VOL.46,NO.4)报导,日本电气(NEC)公司研制出一种专门用于评价高精度姿态控制系统的新设备。利用该设备可在地面对各种带有大型挠性结构、采用零动量三轴姿态控制卫星的姿态动力学进行仿真,对高精度定向控制系统的性能验证并做出恰如其份地评价。     

利用状态观测器进行三轴稳定卫星偏航姿态误差估计的方法

1.前言为利用地球人造卫星观测地面,要对卫星进行姿态控制,使卫星本体的既定基准轴经常指向地球中心,这样的卫星叫三轴稳定卫星。三轴稳定卫星大致分为有动量飞轮的偏置动量方式和没有动量飞轮的零动量方式。偏置动量方式由于利用角动量引起的滚动/偏航转换,只用地球敏感器检测的滚动误差和俯仰误差作为卫星的姿态误差可控制姿态。另一方面,零动量姿态控制方式就需要经常地检测绕三个轴的姿态误差;滚动误差,俯仰误差和偏航误差。     

“飞鸟”卫星的设计特点和在轨运行状况分析

本文简要要介绍了日本“飞鸟”卫星的概况、设计特点、姿态捕获经过以及姿态控制系统等的在轨工作情况。     

科技动态

我国资源卫星研制技术达到国际先进水平据新华社报道 :在京召开的在轨测试专家鉴定会上 ,包括孙家栋等 12位院士在内的专家一致认为 ,“资源一号”卫星的在轨测试数据和 4个月的运行表明 ,我国资源卫星研制技术已达到 90年代国际先进水平。专家们听取了“资源一号”卫星在轨测试总结报告、姿态系统在轨运行补充说明等情况汇报 ,观看了卫星遥感接收图像 ,并对卫星在轨运行情况进行了认真的咨询和讨论。专家一致认为 :卫星平台各分系统的功能和性能满足或优于任务书规定的规范要求 ,卫星太阳同步回归轨道的设计及变轨在国内首次实施 ,达到了很…     

基于OpenGL的小卫星在轨运行仿真系统研究

传统的航天工业仿真技术主要用于分析计算航天器的飞行轨道与姿态运动,这种仿真方式通常不支持三维可视化仿真功能;文章结合卫星轨道、姿态动力学和计算机图形学,设计基于三维实时动态显示技术的小卫星在轨运行仿真系统,对卫星轨道、姿态进行可视化仿真,实时动画演示星内敏感器的工作状态,提供图形曲线和文本形式的分析数据,并能与卫星地面站进行数据通讯,实现小卫星的在轨监测功能;仿真结果表明,仿真系统能正确实时接收地面站的数据,支持二维、三维动画输出,可以成功完成小卫星系统的仿真与监测功能.     

高性能姿态控制系统的研究

尽快研制出高性能的姿态控制系统是当前最紧急的一项研究课题，只有开发出高性能的姿态控制系统，才能满足包括未来高精度的地球观测等在内的各项飞行任务的需求，才能适应当今全球领域对卫星尺寸小、功能强、寿命长等发展趋势的要求。宇宙开发事业团(NASDA)为适应这一发展趋势，于2001年启动了“高性能姿态控制系统”研究课题。启动这一课题的目的是通过开发下一代星敏感器(星跟踪器)、高精度光纤陀螺、小型、高性能的GPS接收机等并使之有效地组合获得高精度、轻小型、高可靠性、高性能的姿态控制系统。该报告描述了这种高性能姿态控制系统的概要、各种组成部件的性能(目标值)和开发程序。     

基于复杂地形高分辨率卫星编程规划方法研究与仿真

针对当前航天遥感平台普遍采用的统一高程规划地表,对工作在凝视扫描模式下的高分辨率卫星会产生的诸如目标漏扫、目标重复扫描等问题进行了分析,提出在有效载荷参数范围内,结合低精度DEM来控制卫星姿态变化的方法,并且基于NASA的World Wind三维地球数据浏览软件进行了二次开发,直观地模拟了基于DEM进行姿态控制的卫星在轨运行状况,为获得高精度数据提供了一种新思路。
     

基于自组织小脑神经网络的挠性卫星姿态控制

研究卫星稳定性优化控制,卫星姿态控制系统是一个耦合的不确定非线性系统,在轨运行的卫星不可避免地受到模型参数不确定性和各种干扰力矩的影响,存在使挠性卫星大角度姿态机动的控制问题进一步复杂化.为了完成姿态控制任务,需要所设计的控制律具有较高的鲁棒性.采用滑模变结构控制对挠性卫星进行姿态机动控制,用神经网络对不确定性进行补偿,改变了传统的小脑神经网络补偿时实时性差的缺点,提出用自组织小脑神经网络对不确定性进行补偿,根据输入自动增加和减少节点数,并可以更新权值.对于模型的不确定性可以实时地补偿,提高了泛化能力.通过数值仿真,验证了所设计控制方法的有效性和鲁棒性,对优化卫星姿态稳定性控制提供依据.     

基于PXI的多功能卡在卫星测试系统中的研究

在卫星技术及应用方面,卫星的姿态确定和控制是很重要的。由于各种干扰,卫星在空间的姿态角和姿态角速度往往会偏离设定值,这时就要进行控制和调整。主要介绍了卫星姿态控制系统的工作原理。并设计了一款测量卫星动量轮转速的多功能卡。设计中采用了DSP芯片TMS320C6713作为控制器,以及一款编程灵活、采集速率快的FPGA器件XC3S700A进行对动量轮转速的测量分析及控制输出,通过PXI接口将控制信号和数据传送给主CPU,然后与星体进行动量交换,进而控制卫星姿态,使其满足特定任务的需要。     

中国近地轨道卫星三轴稳定姿态控制系统

本文介绍了中国已发射的八颗卫星的简要情况.重点介绍了近地轨道的对地观测卫星的 三轴稳定姿态控制系统,包括该系统的组成和一些飞行试验结果.