基于姿態(tài)敏感器測(cè)量信息的衛(wèi)星自主導(dǎo)航研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：V448.2 國(guó)際圖書分類號(hào): 629.78 工學(xué)碩士學(xué)位論文 基于姿態(tài)敏感器測(cè)量信息的衛(wèi)星 自主導(dǎo)航研究 碩 士 研 究 生： 王書新 導(dǎo) 師： 孫兆偉教授 申 請(qǐng) 學(xué) 位： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 、 專 業(yè)： 飛行器設(shè)計(jì) 所 在 單 位： 航天學(xué)院衛(wèi)星技術(shù)研究所 答 辯 日 期： 2006 年 6 月 授予學(xué)位單位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 - I - 摘 要 隨著衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星的自主生存

2、能力日益重要，這就要求衛(wèi)星具有完全自主導(dǎo)航的能力。從姿態(tài)敏感器的測(cè)量信息中提取軌道數(shù)據(jù)，利用多種姿態(tài)敏感器組合的方式來(lái)提高軌道確定精度，這對(duì)于現(xiàn)代衛(wèi)星尤其是要求有自主生存能力的衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是具有重要意義的：既可以降低成本，又可以提高性能和可靠性。因此，本文針對(duì)低軌道衛(wèi)星，研究了利用姿態(tài)敏感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行自主定軌以及姿態(tài)敏感器發(fā)生故障時(shí)軌道預(yù)報(bào)問(wèn)題，具體工作如下： 1 研究了基于姿態(tài)敏感器角度測(cè)量的自主導(dǎo)航方法。首先在考慮地球的橢球特

3、性情況下，通過(guò)對(duì)地平方向矢量進(jìn)行一階修正，建立了掃描式紅外地平儀地平點(diǎn)夾角的數(shù)學(xué)模型；針對(duì)衛(wèi)星上同時(shí)配置多種姿態(tài)敏感器的情況，研究了利用多種姿態(tài)敏感器組合方式的自主導(dǎo)航。根據(jù)太陽(yáng)敏感器的測(cè)量狀況，采用了兩種方式的組合自主導(dǎo)航方法：即太陽(yáng)光照區(qū)自主導(dǎo)航方法和太陽(yáng)陰影區(qū)自主導(dǎo)航方法。在光照區(qū)，利用星敏感器、紅外地平儀和太陽(yáng)敏感器的測(cè)量信息進(jìn)行自主導(dǎo)航；在陰影區(qū)，利用星敏感器、紅外地平儀測(cè)量信息進(jìn)行自主導(dǎo)航。這樣無(wú)論衛(wèi)星運(yùn)行在太陽(yáng)光照區(qū)或是太

4、陽(yáng)陰影區(qū)，都能夠有效的自主提供軌道數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)了一種易于工程實(shí)現(xiàn)且精度較高的自主導(dǎo)航方案，最終通過(guò)仿真驗(yàn)證了多姿態(tài)敏感器組合導(dǎo)航方法的優(yōu)越性。 2 研究了利用多種姿態(tài)敏感器組成的導(dǎo)航系統(tǒng)與慣性導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行組合導(dǎo)航方法。提出了利用信息融合算法提高衛(wèi)星軌道確定精度與可靠性的導(dǎo)航方案。在慣性坐標(biāo)系下建立了組合導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)組合導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。最后，通過(guò)仿真驗(yàn)證了組合導(dǎo)航方案的可行性。 3 研究了姿態(tài)敏感器出現(xiàn)故障情況下衛(wèi)星軌道預(yù)