多敏感器卫星姿态确定的卡尔曼滤波器设计

针对陀螺、红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统 ,采用四元数方法建立卫星姿态确定模型 ,并采用卡尔曼滤波器进行信息融合。仿真算例结果表明 ,该方法能够确定出满足精度要求的卫星姿态参数     

陀螺/星敏感器组合技术在卫星姿态确定系统中的应用

为了满足军用卫星姿态测量高精度的需要,提出了基于状态估计法的陀螺仪和星敏感器组成的卫星姿态测量系统的方案.应用广义卡尔曼进行状态估计,同时为了避免由非线性和小角度引起的计算误差,采用四元数法代替通常的欧拉角法进行计算,经分析得到该系统状态模型和观测模型.通过仿真证明,此方案能达到高精度军用卫星姿态确定系统的要求.     

基于神经网络信息融合技术的卫星定姿算法

姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,卫星姿态确定的精度直接影响卫星控制精度.为得到高姿态精度,针对由惯性测量单元(Inertial Measurement Unit),红外地平仪和太阳敏感器组成的卫星姿态确定系统,分别采用BP网络算法和径向基(RBF)网络算法对不同的姿态敏感器的输出数据进行融合,并用STK(Satellite Tool Kit)数据进行了仿真.仿真分析结果表明这两种学习算法均可以提高卫星定姿精度,相对而言,RBF网络无论是精度上还是收敛速度上均优于BP网络.     

利用星载相机成像信息进行卫星姿态确定的方法(英文)

随着卫星定姿精度要求的日益提高,仅用常规卫星敏感器已经不能满足高精度定姿要求,针对该问题,提出一种利用星载相机的单点成像信息进行卫星姿态确定的算法,根据相机成像原理推导出卫星姿态角与像点位置的关系,结合数字相机的特殊成像方式,建立了用误差四元数描述的线性相机测量残差模型,并给出联合常规姿态敏感器进行联合姿态确定的方案.仿真结果证明星载相机的信息的引入使得稳态姿态估计精度由0.002 6°提高到0.000 69°,并且加快了滤波收敛速度.     

立方星陀螺/双星敏感器组合定姿方法

针对单星敏感器绕视轴方向旋转角测量精度相对较差的问题,提出了一种利用微机电系统陀螺和同时工作的双星敏感器的测量来获得精确的立方星姿态信息的方法。该方法基于平均双四元数的思想,基于乘性扩展卡尔曼滤波算法制定了集中式和分散式两种姿态确定方案。仿真分析结果表明,所提出的陀螺/双星敏感器姿态确定方法,在采用低成本、低精度的姿态敏感器以及传统滤波算法的情况下,仍能有效提高立方星的定姿性能,具有较高的精度和较快的收敛性。为立方星低成本、高精度姿态确定提供了一种可行的参考,并且具备一定的工程应用价值。     

星敏感器试验系统及导弹姿态仿真建模研究

星敏感器试验系统一般由基于CMOS成像技术的星敏感器和其他相关设备和软件组成,可以对导弹飞行及星光修正进行仿真.根据星敏感器的定姿原理,结合已建立的星敏感器试验系统,研究了星敏感器试验系统导弹姿态的解算,分析了星敏感器所测姿态与惯性器件输出姿态的误差,为星敏感器进一步的应用打下基础.     

微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计

航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境,在地面很难考核,这给系统可靠性带来一定的风险。针对微纳卫星的特点,设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动、敏感器模型产生敏感器测量数据、执行器模型生成控制力矩、敏感器模拟器实现通信协议,最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路,实现对姿控系统软件、硬件的考核,同时验证算法的性能。基于该系统,对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真,并对比在轨试验数据,结果表明系统设计合理,仿真结果可信。     

小型固体运载器一、二级分离动力学与仿真研究

某低成本小型固体运载器采用侧喷流和栅格舵联合进行姿态控制。针对该布局,设计引入闭环姿态控制的一、二级级间冷分离方案。在描述级间分离过程的基础上,建立了分离运动学与动力学模型,解锁与分离冲量装置模型,气动力模型以及分离姿态控制律模型,讨论了碰撞判断条件,通过Monte Carlo仿真验证了参数不确定条件下分离姿态控制律设计对于避免碰撞和减小上面级初始姿态偏差的有效性。结果表明所设计的分离方案在充分发挥冷分离优势的同时能够弥补由冷分离时间长引起的上面级初始姿态偏差,能够有效避免级间碰撞。为该运载器的级间分离方案提供了一种可能的选择。     

基于SOPC的陀螺星敏感器姿态确定系统

为了提高姿态确定算法的计算速度,通过对陀螺星敏感器姿态确定算法的详细分析,设计出了基于SOPC(System On a Programmable Chip)系统的卡尔曼滤波处理器.在该处理器中,对算法进行了软硬件代码划分.软件部分采用Nios II IDE编程环境进行编写和编译,硬件部分采用硬件描述语言进行构造.通过S...     

单级入轨运载器干质量影响因素分析

提出了单级入轨运载器干质量计算方法。对给定的飞行任务,提出了基准运载器,并计算了贮箱材料、热防护系统及设计余量对运载器干质量的影响。计算结果表明,先进的材料和设计能降低运载器的干质量,并使运载器干质量对设计余量的敏感性降低     

一种陀螺与星敏感器组合定姿算法

提出了一种利用陀螺与星敏感器进行组合定姿的方案.为了避免状态及量测向量选取不当而造成的误差,首先采用四元数法对卫星的姿态进行描述;接着分析了陀螺与星敏感器系统的误差源,选取误差四元数及陀螺的系统误差作为组合系统的状态,获得了系统状态方程;同时采用星敏感器的量测作为系统量测,并利用新的数学变换构得到更为准确的量测方程;最...     

太阳观测卫星的数传天线波束及其指向设计

针对三轴稳定对日指向姿态的太阳同步轨道卫星,提出为获得最大对地数据传输时间的天线波束设计及布局方案。根据某型太阳观测卫星的轨道姿态设计方案,建立数传天线对指定地面站的天线波束指向仿真模型;使用卫星工具包STK仿真软件,分析不同波束角方案及其可能的指向对数传时间的影响,发现了对日指向卫星与对地指向卫星在数传时间上的不同规律,找到最优的天线波束布局来获得最大的数传时间;根据星载数传能力与不同天线波束宽度之间的关系,获得传输数据的最佳天线波束宽度,为这类卫星数传天线的波束设计及其布局提供设计依据。     

基于MEKF的航天器姿态确定算法

乘性扩展卡尔曼滤波(multiplicative extended Kalman filter, MEKF)方法被广泛应用于各种航天器姿态确定任务。针对任意参考坐标系,推导了姿态四元数的线性运动学方程和三分量姿态误差矢量的动力学模型,并分别设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案。系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型,设计了更具有一般性的MEKF滤波器,为航天任务中快速应用MEKF姿态确定算法提供理论参考和技术支撑。     

弹载星敏感器动态测角的分析

分析了弹载星敏感器在动态条件下的测角精度。明确了弹载星敏感器成像模型及其安装方式,并在系统设计所要求的动态条件下,定性定量分析了前向飞行和姿态变化所引入的像移量和测角误差。结果表明,前行飞行不会带来像移,姿态变化会带来像移。因而需要补偿姿态变化所引入的像移量,从而提高弹载星敏感器在动态条件下的测角精度。     

基于磁强计和光纤陀螺的小卫星姿态确定非线性滤波算法

提出了一种小卫星姿态确定的非线性滤波算法,该算法利用三轴磁强计和光纤陀螺作为姿态敏感器。在非线性滤波器的设计中,从两个方面对平方根sigma点卡尔曼滤波方法进行改进。第一,把姿态四元数的矢量部分、光纤陀螺的漂移和噪声组合,得到滤波器的增广状态向量;第二,分别建立向量旋转模型、最优化模型和误差四元数乘法模型来确保非线性滤波过程中四元数的归一化约束。仿真分析结果表明,本文提出的非线性滤波算法能够有效地提高小卫星的定姿性能,与扩展卡尔曼滤波相比,具有较高的精度、稳定性和较快的收敛速度;与无迹卡尔曼滤波相比,收敛性相当,但是精度略优,稳定性和计算效率较高。     

空天飞行器 翱翔天地间——谈重复使用运载器的发展与应用

从一次性使用到重复使用1957年10月,前苏联使用“卫星”号运载火箭发射了第一颗人造地球卫星,揭开了人类航天的新纪元。迄今为止,世界各国研制了数十种运载火箭,将5000多个航天器发射入轨。然而除了美国和前苏联的航天飞机以外,目前多数的航天运载器都是一次性使用运载器(Expendable-     

基于全寿命周期费用分析的可重复使用运载器级数选择

建立了可重复使用运载器全寿命周期费用模型 ,并利用该费用模型分析了不同级数的可重复使用运载器方案的全寿命周期费用 ,对全寿命周期费用的各部分组成比例及其随级数的变化规律进行了分析。研究结果表明两级入轨的可重复使用运载器方案全寿命周期费用最低 ,是基于目前技术水平的一种较优的可重复使用运载器级数选择方案     

弹载星敏感器应用方案比较研究

简述了弹载星敏感器几种应用方案的原理,从视场大小、导航星等、观星方式、像元分辨率、三轴姿态精度、动态性能、惯性基准误差分离等方面分析、比较了各种方案的优缺点.除平台方案外,捷联星图方案和单(双)星方案的技术参数相当,动态性能均有待提高.星图方案较单(双)星方案在2个方面占优势:一是星图方案不要求调整星敏感器光轴对准导航星,星跟踪算法等技术能快速识别星图;二是星图方案可同时、连续观测6～8颗星,解算出弹体三轴姿态,可以采用先进的滤波技术准确地分离惯性基准误差.     

无动力运载器出水过程误差分析

无动力运载器在出水过程中受海浪的扰动作用,运动参数会产生一定的偏差。针对海浪随机性的特点,应用波能谱理论,在P-M谱基础上构建了随机海浪模型,并使用四元数法建立运载器水弹道数学模型,解决了运载器垂直出水姿态角存在的奇异性问题,通过采用二元切片法给出波浪力的计算公式。最终在Matlab/Simulink仿真工具箱下建立了运载器仿真模型,就不同海况与主浪向角影响下运载器出水的运动参数偏差进行了仿真计算,分析了其变化规律。仿真结果表明,运载器在4级海况以下各项运动参数都满足出水要求,对运载器的设计与使用具有一定的参考意义。     

GPS双星航姿测量研究

提出用两部测量型GPS接收机 ,实时观测两颗以上GPS卫星在站心坐标系下的高度角、方位角和载波相位 ,来推算基线 (船体 )的航向和姿态 ,初步解决了整周模糊度的解算问题 .文中对影响航向和姿态准确解算的因素进行了分析 ,并提出了改进的办法 .