本文選題：臨近空間 + 浮空光電平臺　； 參考：《中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)》2015年博士論文

【摘要】：以高空氣球為載體的臨近空間浮空光電探測平臺是在臨近空間進行天文觀測、地球環(huán)境觀測、空間目標跟蹤觀測、空間靶場測量的理想平臺,具有重大的科學意義和軍事應用價值,受到越來越多的國家的重視。光電負載效能的發(fā)揮需要穩(wěn)定的浮空平臺姿態(tài),而高精度姿態(tài)測量是對浮空平臺姿態(tài)穩(wěn)定控制的必要條件。因此,本文將結合空間靶場測量和近地空間目標觀測的應用背景,圍繞浮空光電探測平臺的高精度姿態(tài)測量技術展開研究。論文研究了浮空光電平臺姿態(tài)測量與控制系統(tǒng)的總體技術。結合臨近空間靶場測量和近地空間目標觀測對浮空光電探測平臺指向機構動態(tài)特性的要求,設計了一種浮空吊艙和跟蹤轉臺相對獨立的結構。一方面隔離了吊艙姿態(tài)擾動對跟蹤轉臺指向的擾動,另一方面分離了吊艙姿態(tài)與跟蹤轉臺的指向控制,同時滿足了浮空光電探測平臺對系統(tǒng)動態(tài)特性的要求。論文分析了浮空光電平臺的運動特性。研究了平流層的大氣環(huán)境和高空氣球的運動規(guī)律;結合高空氣球的運動特點,詳細的分析了浮空吊艙飛行過程中可能出現(xiàn)的旋轉和擺動,建立了吊艙姿態(tài)變化的運動方程,通過求解運動方程確定了吊艙姿態(tài)變化規(guī)律;結合動力學耦合分析,研究了負載的指向機動給浮空吊艙姿態(tài)帶來的擾動。提出了一種基于北極星敏感器和傾斜傳感器的姿態(tài)測量方法。北極星觀測矢量的選擇避免了采用普通星敏感器的星圖識別算法或伺服跟蹤裝置,降低了對星敏感器的要求;使用雙軸傾斜傳感器實現(xiàn)了對重力加速度矢量的觀測;采用北極星觀測矢量和重力觀測矢量,利用TRAID算法實現(xiàn)了浮空吊艙姿態(tài)的高精度測量。提出了一種基于光纖陀螺儀姿、北極星敏感器和傾角傳感器的組合姿態(tài)測量算法。組合姿態(tài)測量算法實現(xiàn)了各個傳感器的優(yōu)勢互補,彌補了北極星敏感器和傾角傳感器姿態(tài)更新速率低、短時精度低的不足,同時避免了光纖陀螺姿態(tài)傳遞算法的漂移問題,實現(xiàn)了姿態(tài)確定系統(tǒng)高精度、高更新速率的姿態(tài)角和姿態(tài)角速度同步輸出;通過建立姿態(tài)誤差與光纖陀螺漂移的狀態(tài)空間模型,采用Kalman濾波實現(xiàn)了姿態(tài)誤差與陀螺漂移的實時估計。完成了姿態(tài)估計與傳遞算法的數(shù)學仿真和實驗驗證。采用Matlab等軟件生成仿真數(shù)據(jù),對上述姿態(tài)估計與傳遞算法進行了數(shù)學仿真;結合實際光纖陀螺儀,對姿態(tài)測量算法進行了部分實驗驗證。仿真和實驗結果驗證了文中所提姿態(tài)估計算法的可行性,并取得了良好的姿態(tài)估計效果。分析了浮空吊艙姿態(tài)確定系統(tǒng)的姿態(tài)估計誤差。確定了姿態(tài)估計的誤差來源,并分析了各種誤差源對姿態(tài)估計精度的影響;對浮空吊艙姿態(tài)確定系統(tǒng)的總體精度進行了評價;結果表明,通過合理的選擇現(xiàn)有的姿態(tài)傳感器,可以實現(xiàn)角秒量級的吊艙姿態(tài)估計精度。本文的研究內容對于建立臨近空間浮空光電探測平臺具有重要的參考意義和較高的工程應用價值。
[Abstract]:In this paper , a new attitude measurement method based on the attitude determination and control system of floating space is presented .

【學位授予單位】：中國科學院研究生院(西安光學精密機械研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V249;V27

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本文編號：1782971