基于星敏感器-陀螺的衛(wèi)星姿態(tài)確定技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星姿態(tài)確定是衛(wèi)星姿態(tài)控制以及完成各項(xiàng)空間任務(wù)的基礎(chǔ)。隨著航天技術(shù)的發(fā)展和空間任務(wù)的日益復(fù)雜，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)的精度和穩(wěn)定性都提出了更高的要求，如何利用有限的星載資源提高衛(wèi)星姿態(tài)確定精度成為重大的研究課題。目前，利用星敏感器和陀螺進(jìn)行組合姿態(tài)確定是達(dá)到高精度的常用組合，由于兩種姿態(tài)敏感器存在不同的測(cè)量特性，將它們組合來確定衛(wèi)星姿態(tài)能夠有效克服各敏感器的缺點(diǎn)提高姿態(tài)確定精度，以滿足現(xiàn)代衛(wèi)星高姿態(tài)精度的任務(wù)需求。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、?/p>

2、研究了改進(jìn)的EKF姿態(tài)確定算法。典型的星敏感器/陀螺姿態(tài)衛(wèi)星確定算法采用的是估計(jì)陀螺常值漂移誤差和相關(guān)漂移誤差對(duì)陀螺角速度進(jìn)行修正的方法，這種方法雖然精度高，但是算法復(fù)雜運(yùn)算量大。針對(duì)此問題，本文提出了一種基于簡(jiǎn)化誤差修正的星敏感器/陀螺衛(wèi)星姿態(tài)確定算法，該算法利用高精度星敏感器測(cè)量提供基準(zhǔn)僅估計(jì)陀螺常值漂移誤差對(duì)陀螺角速度進(jìn)行簡(jiǎn)化修正，減少了濾波器的狀態(tài)變量，通過仿真驗(yàn)證該算法在保證姿態(tài)確定精度的條件下，降低了濾波器的復(fù)雜性，減少了運(yùn)

3、算量。
　　⑵研究了基于修正羅德里格參數(shù)的姿態(tài)確定算法。在對(duì)四元數(shù)描述的EKF算法深入研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基于星敏感器/陀螺的修正羅德里格參數(shù)EKF衛(wèi)星姿態(tài)確定算法。仿真分析了修正羅德里格參數(shù)法的姿態(tài)確定精度和運(yùn)算復(fù)雜度，將其與四元數(shù)法的性能進(jìn)行對(duì)比，分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
　?、茄芯苛藷o陀螺條件下的姿態(tài)確定算法。研究了衛(wèi)星姿態(tài)動(dòng)力學(xué)，并利用星敏感器測(cè)量與姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程實(shí)現(xiàn)了無陀螺條件下的EKF衛(wèi)星姿態(tài)確定算法。仿真分析了算法的

4、姿態(tài)確定精度，驗(yàn)證了算法在無陀螺或者陀螺失效條件下的有效性。
　?、妊芯苛硕秳?dòng)對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)精度的影響。衛(wèi)星在軌運(yùn)行中由于控制系統(tǒng)和載荷的機(jī)械運(yùn)動(dòng)不可避免地引起抖動(dòng)，從而導(dǎo)致姿態(tài)敏感器測(cè)量精度降低。本文對(duì)姿態(tài)抖動(dòng)進(jìn)行建模，利用原有的EKF濾波算法仿真分析了抖動(dòng)幅值、頻率以及姿態(tài)敏感器測(cè)量頻率對(duì)姿態(tài)確定精度的影響；提出了基于等效安裝誤差的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法來進(jìn)行抖動(dòng)條件下的衛(wèi)星姿態(tài)確定，通過仿真驗(yàn)證了其有效性，是對(duì)抖動(dòng)條件下衛(wèi)星姿態(tài)確定方