衛(wèi)星控制論文

1、第1章緒論緒論1.1本文的研究背景和意義本文的研究背景和意義新中國(guó)成立后，中國(guó)的航天事業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)又一個(gè)輝煌的成績(jī)，這幾十年來(lái)，我國(guó)獨(dú)立自主地研制成功了幾十顆人造衛(wèi)星，其中遙感衛(wèi)星可利用星載可見光照相機(jī)等遙感儀器，獲得大量對(duì)地觀測(cè)照片，具有分辨力高、畸變小、比例尺適中、覆蓋范圍廣、可連續(xù)觀測(cè)、視點(diǎn)高、視域廣、獲取數(shù)據(jù)快、不受空域國(guó)界限制等優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)家制定環(huán)境保護(hù)策略、資源開發(fā)和利用不可缺少的技術(shù)支持，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工農(nóng)業(yè)生

2、產(chǎn)、軍事偵察、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，包括國(guó)土普查、石油勘探、地質(zhì)調(diào)查、鐵路選線、海洋海岸測(cè)繪、地圖測(cè)繪、目標(biāo)點(diǎn)定位、電站選址等多個(gè)領(lǐng)域。由于遙感衛(wèi)星的特殊功能要求，一般采用三軸穩(wěn)定的控制方式，能夠保證指向精度和控制穩(wěn)定度等技術(shù)指標(biāo)要求。要保證遙感衛(wèi)星的高精度、高可靠性和高穩(wěn)定性的在軌長(zhǎng)期運(yùn)行，必須保證足夠的指向精度和控制穩(wěn)定度。衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星的姿態(tài)精度和穩(wěn)定度起了決定性作用。姿態(tài)確定是衛(wèi)星本體坐標(biāo)系相對(duì)于參考坐標(biāo)系的姿態(tài)定位過(guò)程，而姿

3、態(tài)控制是衛(wèi)星本體坐標(biāo)系向參考坐標(biāo)系的定向過(guò)程。近年來(lái)隨著衛(wèi)星技術(shù)的不斷提高，各種空間任務(wù)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)控制的精度要求越來(lái)越高。如對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的指向精度從上世紀(jì)七十年代到本世紀(jì)初由1提高到0.001，壽命提高到數(shù)十年。這就意味著高精度姿態(tài)控制技術(shù)迎來(lái)更快的發(fā)展，同時(shí)也意味其面臨著更多的挑戰(zhàn)。我們知道，衛(wèi)星是一個(gè)極其精密的航天器設(shè)備，而且造價(jià)高昂，一旦發(fā)射進(jìn)入太空中就很難對(duì)其進(jìn)行維護(hù)，這對(duì)衛(wèi)星研發(fā)工作帶來(lái)了很大的難度，要求星上的各類系統(tǒng)和設(shè)備有

4、著極高的穩(wěn)定性。同時(shí)也由于其成本較高，運(yùn)行環(huán)境是外太空環(huán)境，因此在地面很難對(duì)其進(jìn)行全面的物理仿真實(shí)驗(yàn)，這就要求在初期的系統(tǒng)仿真論證中能夠考慮多方面實(shí)際因素，對(duì)衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)的各種工作狀態(tài)和星上系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，以此來(lái)驗(yàn)證衛(wèi)星設(shè)計(jì)工作的可行性以及穩(wěn)定性。在仿真實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，指導(dǎo)衛(wèi)星的實(shí)際研發(fā)工作。本課題就是在此背景下展開各項(xiàng)研究工作。敏感器精度特性和實(shí)用性磁強(qiáng)計(jì)地球敏感器太陽(yáng)敏感器星敏感器陀螺儀射頻敏感器10(5000㎞軌道高度)5(200

5、㎞軌道高度)0.05（靜止軌道）0.1（低高度軌道）0.012″0.001h0.01~0.5測(cè)量相對(duì)于地球當(dāng)?shù)卮艌?chǎng)的姿態(tài)。磁場(chǎng)的不確定性和時(shí)變性限制了精度，實(shí)用于6000㎞以下的軌道高度。地平的不確定性限制了精度，高精度地球敏感器一般使用掃描方法。一般視場(chǎng)為30。一般視場(chǎng)為6。正常使用時(shí)要定期校正基準(zhǔn)位置的漂移一般根據(jù)目前對(duì)高精度衛(wèi)星的要求，姿態(tài)確定系統(tǒng)中一般將各種敏感器進(jìn)行組合使用。下面介紹幾種比較典型的敏感器組合方式：(1)陀螺組件

6、星敏感器冗余敏感器。這種組合方式主要利用星敏感器的高精度測(cè)量值（可以達(dá)到角秒級(jí)）來(lái)補(bǔ)償陀螺常值漂移，進(jìn)而提高系統(tǒng)測(cè)量精度。當(dāng)前高精度衛(wèi)星普遍采用這種方式，例如美國(guó)LsatD，精度優(yōu)于0.03。但是由于星敏感器視場(chǎng)角度受限，因此衛(wèi)星的粗定姿或者備份需要用到冗余敏感器，這種組合方式需要花費(fèi)較高的成本。2求的衛(wèi)星中應(yīng)用，例如印度Apple衛(wèi)星、我國(guó)資源衛(wèi)星就是采用這種敏感器組合方式。(2)陀螺組件紅外地球敏感器數(shù)字太陽(yáng)敏感器冗余敏感器。紅外地