基于星敏感器和陀螺的組合定姿方法研究

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1、澇料謂我衫＿碩士學位論文＿基于星敏感器和陀螺的組合定姿方法研究作者姓名李斐然指導教師姓名、職稱王柯儼副教授申請學位類別工學碩士１基于星敏感器和陀螺的組合定姿方法研究作者姓名李斐然指導教師姓名、職稱王柯儼副教授申請學位類別工學碩士學校代碼10701學號1501120208分類號V448.2密級公開西安電子科技大學碩士學位論文基于星敏感器和陀螺的組合定姿方法研究作者姓名：李斐然一級學科：信息與通信工程二級學科：通信與信息系統(tǒng)學位類別：工學碩士指導教師姓名、職稱：王柯儼副教授學院：通信工程學院提交日期：2018年6月Researchont

2、heCombinedAttitudeDeterminationMethodBasedonStarSensorandGyroAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByLiFeiranSupervisor:WangKeyanTitle:AssociateProfessorJune2018西安電子科技大學學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴

3、謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果，。盡我所知除了文中特別加以標注和致謝中所羅列的內(nèi)容以外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果也不包含；為獲得西安電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同事對本研究所做的任何貢獻均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學位論文若有不實之處一，本人承擔切法律責任。本人簽名：苓ｊ免日期：西安電子科技大學關(guān)于論文使用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學有關(guān)保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研宄

4、生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學。學校有權(quán)保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文；學?？梢怨颊撐牡娜炕虿糠謨?nèi)容，允許采用影、印縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，結(jié)合學位論文研究成果完成的論文、發(fā)明專利等成果，署名單位為西安電子科技大學。本人簽名：絲乾導師簽名：．上洛．日期：日期：摘要摘要星敏感器和陀螺儀是高精度姿態(tài)測量設備，它們配置在遙感衛(wèi)星上能夠獲取衛(wèi)星影像攝影瞬間的姿態(tài)信息，是實現(xiàn)無地面控制條件下的高精度目標定位的重要保證。隨著遙感衛(wèi)星目標定位精度的不斷提高，需要越來越高的姿態(tài)確定精

5、度。本文以利用星敏感器和陀螺儀測量數(shù)據(jù)獲取高精度姿態(tài)信息為目標，重點研究了星敏感器和陀螺組合定姿技術(shù)中的關(guān)鍵算法，采用仿真試驗數(shù)據(jù)進行了大量試驗。論文完成的工作和主要創(chuàng)新包括：（1）梳理了星敏感器和陀螺儀的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了星敏感器和陀螺組合定姿算法中動態(tài)濾波估計算法的基本原理，分析了擴展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、非線性預測濾波、粒子濾波等典型狀態(tài)估計濾波算法的特點并對各個濾波算法的近年來的研究進展進行介紹。（2）介紹了衛(wèi)星軌道參數(shù)及姿態(tài)確定涉及的基本坐標系統(tǒng)，分析了兩種典型的姿態(tài)描述方法包括歐拉角描述法及四元數(shù)描述法的特點并分別研究了基于歐拉角和基于四元數(shù)的

6、姿態(tài)運動學方程。而后分析了星敏感器和陀螺數(shù)據(jù)仿真的基本原理，設計了基于衛(wèi)星軌道參數(shù)的星敏感器和陀螺數(shù)據(jù)仿真的實現(xiàn)流程，并制作了仿真數(shù)據(jù)。（3）研究了擴展卡爾曼濾波算法的基本原理和特點，設計并實現(xiàn)了基于擴展卡爾曼濾波的星敏感器和陀螺組合定姿算法，構(gòu)建了狀態(tài)方程和量測方程，開展了不同精度及頻率的星敏感器和陀螺組合定姿試驗，分析了星敏感器和陀螺的精度及頻率對定姿精度的影響，提高星敏感器測量精度或者提高陀螺頻率和精度均能明顯改善組合定姿的精度。（4）介紹了無跡卡爾曼濾波算法的基本原理，分析了無跡卡爾曼濾波的特點，設計了基于無跡卡爾曼濾波的星敏感器和陀螺組合定姿的實現(xiàn)流

7、程，開展了不同精度及頻率的星敏感器和陀螺組合定姿試驗。對比分析了基于擴展卡爾曼濾波和基于無跡卡爾曼濾波的星敏感器和陀螺組合定姿算法，由仿真試驗結(jié)果分析可知，這兩種濾波算法都具有較好的濾波穩(wěn)定性和較為理想的定姿精度，其中基于無跡卡爾曼濾波方法的收斂速度更快，精度更高，具有良好的應用前景。關(guān)鍵詞：姿態(tài)確定，星敏感器，陀螺儀，擴展卡爾曼濾波，無跡卡爾曼濾波IABSTRACTABSTRACTStarsensorsandgyroscopesarehigh-precisionattitudemeasurementequipment.Theyaredeployedonrem

8、otesensingsatellite