基于星敏感器双矢量观测信息的卫星姿态确定算法研究

针对三轴稳定卫星,研究基于星敏感器双矢量观测信息的卫星高精度姿态确定算法。建立了姿态运动学模型、敏感器测量模型、QUEST算法模型和扩展卡尔曼滤波(EKF)模型。对比分析了QUEST算法以及星敏感器与陀螺组合的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法的定姿精度。通过数学仿真,表明基于星敏感器和陀螺的扩展卡尔曼滤波组合姿态确定算法具有更高的定姿精度。     

在轨服务双臂空间机器人参数辨识研究

本文以在轨服务自由漂浮空间双臂机器人为研究对象，研究了机器人本体和所抓取未知目标卫星的参数辨识问题。利用卫星自身携带的测速敏感器测得卫星本体质心以及操作臂的线速度及角速度，基于线动量及角动量守恒方程即可对双臂机器人本体和未知目标卫星进行未知参数的辨识。本文首先对空间机器人模型进行符号推导；然后研究了机器人的参数对辨识研究的影响；最后分析了参数辨识的影响因素。本参数识别方法的可行性以及效果在地面实验室中得到验证。     

基于滑模观测器的卫星姿态控制系统滑模容错控制

针对卫星姿态控制系统执行机构故障,设计了基于滑模观测器的滑模容错控制律.采用迭代学习算法在线调节观测器滑模项切换增益,设计滑模观测器估计卫星姿态和角速度.在此基础上,将执行机构故障作为系统的未知动态,提出一种对卫星姿态控制系统执行机构故障不敏感的滑模容错控制方法.该方法利用系统输入和状态信息,结合动力学特性实现未知动态估计,以此设计滑模控制律.通过数字仿真验证了该容错控制方法的有效性.     

基于人工神经网络的卫星姿态信号处理

地球遥感卫星的技术难点之一是保持有足够的姿态控制精度．通常卫星的姿态由单一传感器获得,为得到高的姿态精度,需要对多个传感器信息进行综合处理．针对由惯性基准、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态测量系统,提出并设计了带反馈的ＢＰ人工神经网络进行信号处理．研究表明,该方法可以抑制红外地平仪轨道周期误差和卫星进入阴影区时对测量系统的影响,从而使系统的测量精度得以很大提高．     

控制力矩陀螺部分失效时灵敏航天器的姿态机动控制

研究了应用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为姿态控制执行机构,在部分陀螺失效时,灵敏航天器姿态机动的控制问题。对金字塔构型(PC)陀螺群中一只陀螺失效产生的构型变化进行了分析,研究了部分陀螺失效对陀螺群角动量包络及输出力矩的影响,基于最优化理论和坐标变换方法提出了一种利用失效后最大角动量包络提供较大输出力矩的策略。在给定飞行任务的前提下,以某小卫星为例,针对给定的姿态机动任务进行了仿真验证,结果表明使用所设计的方法,小卫星在失效情况下也可以完成姿态机动任务,验证了该方法的可行性和有效性。     

基于动态输出反馈的挠性航天器主动振动抑制

针对航天器三轴同时姿态机动时挠性附件的振动抑制问题,提出了基于动态输出反馈控制的主动振动抑制方法。采用拉格朗日方法和四元数参数化建立了挠性航天器的非线性模型。利用航天器姿态控制问题固有的无源性,设计了1种仅利用姿态四元数而无需以角速度测量、挠性变形位移及速率测量作为反馈的动态控制规律,并采用压电作动器来抑制挠性结构的振动。基于Lyapunov方法证明了所设计的动态控制器保证了姿态的渐近稳定和模态的振动的衰减。仿真结果表明了所提出的控制方法的可行性和有效性。     

在轨服务双臂空间机器人的参数辨识

以在轨服务自由漂浮双臂空间机器人为研究对象,根据机器人本体携带的测速敏感器测得本体质心的线速度及角速度,基于线动量及角动量守恒,分别对双臂空间机器人本体和单操作臂(另一机械臂悬空)抓取未知目标卫星的过程进行未知参数辨识.文中对空间机器人模型进行了符号推导建模,分析并解决了利用该方法进行惯量参数辨识过程中的线性方程组奇异性问题,研究了机器人的各类参数对辨识研究的影响,并通过数值仿真验证了参数辨识方法的可行性和有效性.     

人造地球卫星对地球自转的影响

根据转动惯量定义及地球自转角动量守恒关系得地球自转转动惯量变化百分比及地球自转角速度变化百分比随卫星质量变化的函数关系式,并利用matlab程序做数值计算.由于人造地球同步卫星距地高度为36 000 km(约为5.7个地球半径),而其他卫星距地高度绝大多数在数十千米以下,在计算时只考虑了人造地球同步轨道卫星的影响,而忽...     

新型线阵红外地球敏感器高精度激励源设计

在卫星用红外地球敏感器研制过程中,需要为其提供激励信号作为半物理仿真的测试基准。根据新型线阵红外地球敏感器的特点,设计一种高精度的激励信号发生系统。系统包括硬件部分和软件部分。系统获得软件设置的卫星姿态信息后,解算四路模拟的地球/太空穿越位置。根据穿越位置数字量,系统通过D/A转换控制输出锯齿波的电压信号,作为激励信号,实现对红外地球敏感器的半物理仿真。测试结果表明,系统输出的激励能够适应新型线阵红外地球敏感器进行高精度姿态性能测试和半物理仿真的要求,并已得到应用。     

基于星光惯性组合的卫星姿态确定方法

基于双星敏感器与陀螺仪组成的星光惯性组合,提出了一种卫星姿态确定方法。双星敏感器分别与陀螺仪采用模糊自适应的无迹Kalman滤波方法进行子系统级的姿态估计,而后采用协方差交集算法框架进行系统级数据融合,从而完成卫星姿态的确定。对典型的卫星大角度快速机动扫描过程以及卫星三轴稳定运动过程的数值仿真,验证了该方法具备实用性与有效性。