卫星高精度姿态确定算法及仿真技术研究

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1、硕士学位论文卫星高精度姿态确定算法及仿真技术研究RESEARCHONSATELITEHIGHACCURACYATTITUDEDETERMINATIONALGORITHMANDSIMULATIONTECHNOLOGY刁雁华哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：681.5密级：公开工程硕士学位论文卫星高精度姿态确定算法及仿真技术研究硕士研究生：刁雁华导师：马广程教授申请学位：工程硕士学科：控制科学与工程所在单位：控制科学与工程系答辩日期：2015年6

2、月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:52.80DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSATELITEHIGHACCURACYATTITUDEDETERMINATIONALGORITHMANDSIMULATIONTECHNOLOGYCandidate：DiaoYanhuaSupervisor：Prof.MaGuangchengAcademicDegreeAppliedfor：Maste

3、rofEngineeringSpecialty：ControlScienceandEngineeringAffiliation：Dept.ofControlScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要卫星姿态确定是卫星姿态控制的基础，也是实现卫星功能的前提。目前航天任务对姿态确定系统的精度要求越来越高，作为姿态确定系统的重要组成部分，姿

4、态敏感器和定姿算法的精度综合决定了姿态确定的指向精度。卫星一旦发射将难以维修，特殊的运行环境使其地面仿真具有重要的意义。因此，本文针对卫星高精度姿态确定算法及仿真技术的研究具有重要的研究价值和意义。首先系统总结了国内外在姿态确定领域的研究现状，选择目前主流的“陀螺+星敏感器”的卫星姿态确定配置方案。分析了卫星姿态确定中几种常用的空间坐标系和姿态描述方法，建立了姿态参数对应的运动学方程，分析了所用姿态量测仪器的工作原理。然后基于偏差四元数，研究了基于EKF的卫星高精度姿态确定算法。分析了EKF的原理，

5、设计了联合定姿的数学仿真平台，并进行了数学仿真，结合试验数据，分析了卫星姿态确定的精度指标体系。其次，研究了基于UKF、PF和CKF的卫星姿态确定的非线性滤波算法，分析了UKF、PF、CKF的工作原理，并进行了仿真试验分析，总结了各算法的精度和应用中的特点。最后，研究了基于三轴气浮台的卫星高精度姿态确定仿真系统的设计与实现问题。搭建地面全物理仿真试验平台，通过各仪器设备对气浮台的量测，完成对卫星姿态确定的模拟。在理论研究的基础上，完成联合定姿、EKF/UKF/PF/CKF定姿等多项试验，验证卫星高精

6、度姿态确定仿真系统的正确性和可行性。关键词：高精度姿态确定；扩展卡尔曼滤波；非线性滤波；三轴气浮台；物理仿真-I-AbstractAbstractAsthefoundationofthesatelliteattitudecontrolsystem,thesatelliteattitudedeterminationsystemconsistsofattitudesensorsandattitudedeterminationalgorithmswhichtheaccuracydependsuponthe

7、setwosides.Oncelaunched,satelliteishardtoberepairedinthesevereenvironmentsothatitissignificanttoconductsimulationexperimentontheground.Therefore,theresearchonthesatellitehighaccuracyattitudedeterminationalgorithmandsimulationtechnologyisworthy.Initiall

8、y,thedomesticandforeignresearchstatusofattitudedeterminationisconcludedandthe“gyroscopes&startsensors”configurationisselectedforthesatelliteattitudedetermination.Severalclassicalcoordinatesandattitudedescriptionsarelistedandtheprinciple