本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定算法及仿真技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 高精度姿態(tài)確定 擴(kuò)展卡爾曼濾波 非線性濾波 三軸氣浮臺(tái) 物理仿真

【摘要】：衛(wèi)星姿態(tài)確定是衛(wèi)星姿態(tài)控制的基礎(chǔ),也是實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星功能的前提。目前航天任務(wù)對(duì)姿態(tài)確定系統(tǒng)的精度要求越來(lái)越高,作為姿態(tài)確定系統(tǒng)的重要組成部分,姿態(tài)敏感器和定姿算法的精度綜合決定了姿態(tài)確定的指向精度。衛(wèi)星一旦發(fā)射將難以維修,特殊的運(yùn)行環(huán)境使其地面仿真具有重要的意義。因此,本文針對(duì)衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定算法及仿真技術(shù)的研究具有重要的研究?jī)r(jià)值和意義。首先系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外在姿態(tài)確定領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,選擇目前主流的“陀螺+星敏感器”的衛(wèi)星姿態(tài)確定配置方案。分析了衛(wèi)星姿態(tài)確定中幾種常用的空間坐標(biāo)系和姿態(tài)描述方法,建立了姿態(tài)參數(shù)對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,分析了所用姿態(tài)量測(cè)儀器的工作原理。然后基于偏差四元數(shù),研究了基于EKF的衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定算法。分析了EKF的原理,設(shè)計(jì)了聯(lián)合定姿的數(shù)學(xué)仿真平臺(tái),并進(jìn)行了數(shù)學(xué)仿真,結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù),分析了衛(wèi)星姿態(tài)確定的精度指標(biāo)體系。其次,研究了基于UKF、PF和CKF的衛(wèi)星姿態(tài)確定的非線性濾波算法,分析了UKF、PF、CKF的工作原理,并進(jìn)行了仿真試驗(yàn)分析,總結(jié)了各算法的精度和應(yīng)用中的特點(diǎn)。最后,研究了基于三軸氣浮臺(tái)的衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。搭建地面全物理仿真試驗(yàn)平臺(tái),通過(guò)各儀器設(shè)備對(duì)氣浮臺(tái)的量測(cè),完成對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)確定的模擬。在理論研究的基礎(chǔ)上,完成聯(lián)合定姿、EKF/UKF/PF/CKF定姿等多項(xiàng)試驗(yàn),驗(yàn)證衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)的正確性和可行性。
【關(guān)鍵詞】：高精度姿態(tài)確定 擴(kuò)展卡爾曼濾波 非線性濾波 三軸氣浮臺(tái) 物理仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V448.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義9
• 1.2 國(guó)內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析9-14
• 1.2.1 衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 衛(wèi)星姿態(tài)確定算法研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3 主要研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 衛(wèi)星姿態(tài)確定理論基礎(chǔ)16-25
• 2.1 坐標(biāo)系16-17
• 2.1.1 地心赤道慣性坐標(biāo)系16
• 2.1.2 軌道坐標(biāo)系16
• 2.1.3 本體坐標(biāo)系16
• 2.1.4 陀螺量測(cè)坐標(biāo)系16-17
• 2.1.5 星敏感器量測(cè)坐標(biāo)系17
• 2.2 姿態(tài)參數(shù)17-22
• 2.2.1 方向余弦矩陣17-18
• 2.2.2 歐拉角18-19
• 2.2.3 歐拉四元數(shù)19-21
• 2.2.4 羅德里格斯參數(shù)21-22
• 2.3 姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程22-23
• 2.3.1 歐拉角的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程22-23
• 2.3.3 歐拉四元數(shù)下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程23
• 2.3.4 MRPs下的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程23
• 2.4 姿態(tài)敏感器23-24
• 2.4.1 陀螺23-24
• 2.4.2 星敏感器24
• 2.5 姿態(tài)確定配置方案24
• 2.6 本章小結(jié)24-25
• 第3章 基于EKF的衛(wèi)星姿態(tài)確定算法25-39
• 3.1 卡爾曼濾波算法25-26
• 3.2 擴(kuò)展卡爾曼濾波算法26-28
• 3.3 基于EKF的姿態(tài)確定算法28-32
• 3.3.1 偏差四元數(shù)28
• 3.3.2 狀態(tài)方程28-31
• 3.3.3 量測(cè)方程31-32
• 3.4 數(shù)學(xué)仿真32-38
• 3.4.1 仿真條件32-33
• 3.4.2 平臺(tái)搭建33-34
• 3.4.3 仿真結(jié)果34-36
• 3.4.4 精度指標(biāo)體系36-38
• 3.5 本章小結(jié)38-39
• 第4章 基于非線性濾波的衛(wèi)星姿態(tài)確定算法39-53
• 4.1 無(wú)跡卡爾曼濾波39-44
• 4.1.1 UT變換39-40
• 4.1.2 時(shí)間傳播40-41
• 4.1.3 量測(cè)更新41-42
• 4.1.4 基于UKF的姿態(tài)確定算法42
• 4.1.5 基于UKF的數(shù)學(xué)仿真42-44
• 4.2 粒子濾波44-49
• 4.2.1 遞推貝葉斯濾波44-45
• 4.2.2 序貫重要性采樣45-47
• 4.2.3 重采樣47
• 4.2.4 標(biāo)準(zhǔn)粒子濾波算法47-48
• 4.2.5 基于PF的姿態(tài)確定算法48
• 4.2.6 基于PF的數(shù)學(xué)仿真48-49
• 4.3 容積卡爾曼濾波49-52
• 4.3.1 構(gòu)造容積點(diǎn)49-50
• 4.3.2 時(shí)間傳播50
• 4.3.3 量測(cè)更新50-51
• 4.3.4 基于CKF的姿態(tài)確定算法51
• 4.3.5 基于CKF的數(shù)學(xué)仿真51-52
• 4.4 精度分析52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)53-67
• 5.1 衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)53-54
• 5.2 衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)54-57
• 5.2.1 坐標(biāo)系54-56
• 5.2.2 陀螺56
• 5.2.3 激光跟蹤儀56-57
• 5.2.4 光電自準(zhǔn)直儀57
• 5.3 衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定仿真系統(tǒng)姿態(tài)確定方案57-59
• 5.3.1 聯(lián)合姿態(tài)確定方案57-58
• 5.3.2 基于非線性濾波的姿態(tài)確定方案58-59
• 5.4 衛(wèi)星高精度姿態(tài)確定全物理仿真試驗(yàn)59-66
• 5.4.1 聯(lián)合姿態(tài)確定試驗(yàn)59-64
• 5.4.2 基于非線性濾波的姿態(tài)確定試驗(yàn)64-66
• 5.5 本章小結(jié)66-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果72-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 張紅梅,鄧正隆,林玉榮;一種基于模型誤差預(yù)測(cè)的UKF方法[J];航空學(xué)報(bào);2004年06期

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本文編號(hào)：841707