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(xué)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(dǎo)教師姓名、職稱王柯儼副教授申請(qǐng)學(xué)位類別工學(xué)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(dǎo)教師姓名、職稱王柯儼副教授申請(qǐng)學(xué)位類別工學(xué)碩士學(xué)校代碼10701學(xué)號(hào)1501120208分類號(hào)V448.2密級(jí)公開西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)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(jí)學(xué)科：信息與通信工程二級(jí)學(xué)科：通信與信息系統(tǒng)學(xué)位類別：工學(xué)碩士指導(dǎo)教師姓名、職稱：王柯儼副教授學(xué)院：通信工程學(xué)院提交日期：2018年6月Researchont

2、heCombinedAttitudeDeterminationMethodBasedonStarSensorandGyroAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByLiFeiranSupervisor:WangKeyanTitle:AssociateProfessorJune2018西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學(xué)校嚴(yán)

3、謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)和優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)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(biāo)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(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料一。與我同工作的同事對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文若有不實(shí)之處一，本人承擔(dān)切法律責(zé)任。本人簽名：苓ｊ免日期：西安電子科技大學(xué)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(xué)有關(guān)保留和使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：研宄

4、生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安電子科技大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允許查閱、借閱論文；學(xué)校可以公布論文的全部或部分內(nèi)容，允許采用影、印縮印或其它復(fù)制手段保存論文。同時(shí)本人保證，結(jié)合學(xué)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(xué)。本人簽名：絲乾導(dǎo)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(cè)量設(shè)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(shí)現(xiàn)無地面控制條件下的高精度目標(biāo)定位的重要保證。隨著遙感衛(wèi)星目標(biāo)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(cè)量數(shù)據(jù)獲取高精度姿態(tài)信息為目標(biāo)，重點(diǎn)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(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量試驗(yàn)。論文完成的工作和主要?jiǎng)?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(dòng)態(tài)濾波估計(jì)算法的基本原理，分析了擴(kuò)展卡爾曼濾波、無跡卡爾曼濾波、非線性預(yù)測(cè)濾波、粒子濾波等典型狀態(tài)估計(jì)濾波算法的特點(diǎn)并對(duì)各個(gè)濾波算法的近年來的研究進(jìn)展進(jìn)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(biāo)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(diǎn)并分別研究了基于歐拉角和基于四元數(shù)的

6、姿態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)流程，并制作了仿真數(shù)據(jù)。（3）研究了擴(kuò)展卡爾曼濾波算法的基本原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于擴(kuò)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(cè)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(yàn)，分析了星敏感器和陀螺的精度及頻率對(duì)定姿精度的影響，提高星敏感器測(cè)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(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于無跡卡爾曼濾波的星敏感器和陀螺組合定姿的實(shí)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(yàn)。對(duì)比分析了基于擴(kuò)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(yàn)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(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：姿態(tài)確定，星敏感器，陀螺儀，擴(kuò)展卡爾曼濾波，無跡卡爾曼濾波IABSTRACTABSTRACTStarsensorsandgyroscopesarehigh-precisionattitudemeasurementequipment.Theyaredeployedonrem

8、otesensingsatellite