基于恒星和地心矢量觀測(cè)的微小衛(wèi)星定姿方案及算法研究.pdf

1、現(xiàn)代微小衛(wèi)星以低廉的成本、快速靈活的特點(diǎn)以及快速驗(yàn)證新技術(shù)的能力，在各個(gè)國(guó)家正越來(lái)越受到重視。本文以三軸穩(wěn)定的微小衛(wèi)星為研究對(duì)象，展開了對(duì)微小衛(wèi)星姿態(tài)確定算法的研究。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 針對(duì)兩類不同的微小衛(wèi)星，提出了兩種姿態(tài)確定方案：(1)陀螺/星敏感器組合配置，該配置適合質(zhì)量相對(duì)較大的、具有高精度姿態(tài)需求的微小衛(wèi)星；(2)磁強(qiáng)計(jì)/地球敏感器組合的無(wú)陀螺配置，該方案適合質(zhì)量相對(duì)較小、低成本的微小衛(wèi)星。同時(shí)利用擴(kuò)展卡爾曼濾

2、波(EKF)對(duì)兩種方案展開研究，針對(duì)方案(1)研究了基于四元數(shù)的姿態(tài)確定算法，針對(duì)方案(2)研究了分別基于四元數(shù)和修正羅德里格參數(shù)的姿態(tài)確定算法，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證了這些算法的有效性。 為提高陀螺/星敏感器配置的姿態(tài)確定精度，首先研究了對(duì)星敏感器輸出延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ黄浯?，?duì)星載陀螺誤差進(jìn)行建模，并利用EKF實(shí)現(xiàn)了在機(jī)動(dòng)條件下對(duì)陀螺誤差的實(shí)時(shí)標(biāo)定，提高了姿態(tài)確定精度。最后仿真驗(yàn)證了這兩種方法的有效性。 針對(duì)方案(2)具有

3、較強(qiáng)非線性的特點(diǎn)和EKF具有較大線性化誤差的不足，首先引入更適合于非線性系統(tǒng)的平淡卡爾曼濾波(UKF)，研究了基于UKF的姿態(tài)確定算法，其次，為提高非高斯噪聲條件下的定姿精度，研究了利用粒子濾波(PF)進(jìn)行姿態(tài)確定的算法。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了這兩種算法的優(yōu)越性。 結(jié)合方案(1)的定姿原理，以VxWorks和PC104為軟硬件環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了陀螺/星敏感器組合姿態(tài)確定算法，搭建了陀螺/星敏感器組合姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)，并利用該系統(tǒng)對(duì)實(shí)現(xiàn)的