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《基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第三屆中國導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制學(xué)術(shù)會議2009年11月14~15日中國北京基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定方法研究宋亮亮,張濤，梁斌，楊君（清華大學(xué)自動化系導(dǎo)航與控制研究中心，北京市100084）摘要：本文介紹了基于星敏感器的衛(wèi)星姿態(tài)確定算法，包括靜態(tài)確定性算法和動態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法。從理論上推導(dǎo)了靜態(tài)算法的TRIAD方法、Euler-q方法、QUEST方法以及SVD和FORM方法；簡要分析了幾種常見的動態(tài)估計(jì)方法，它們是EKF方法、UKF方法、預(yù)測卡爾曼濾波；并討論了一些最新的方法，例如粒子濾波等。最后進(jìn)行了仿真分析，并給出了一些有用的
2、結(jié)論。關(guān)鍵詞：星敏感器；姿態(tài)確定；確定性方法；動態(tài)狀態(tài)估計(jì)；卡爾曼濾波AttitudeDeterminationMethodBasedonStarSensorSongLiangliang，ZhangTao，LiangBin，YangJun(DepartmentofAutomation,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)Abstract：Theattitudedeterminationalgorithmbasedonstarsensorwasanalyzed,includingsta
3、ticalgorithmanddynamicstateestimationalgorithm.ThestaticmethodstodeterminetheattitudewithTRIADalgorithm,Euler-qalgorithm,QUESTalgorithm,SVDandFORMalgorithmwerededucedtheoretically.Theresearchresultsofdynamicstateestimationalgorithmwereintroduced,whichwereEKFmethod,
4、UKFmethod,predictiveKalmanfilteringandnonlinearpredictiveKalmanfiltering.Somenewalgorithmsforsatelliteattitudedeterminationwerediscussed,suchasparticlefiltering.Finally,theywerecomparedandanalyzedbysimulation,andsomeconclusionwasgiven.Keywords：starsensor;attitudede
5、termination;staticmethod;dynamicstateestimation;Kalmanfilter[1][2]1有基于牛頓迭代的數(shù)值解法、TRIAD方法以及其改進(jìn)引言[4][5][1][2][8]算法、Euler-q方法、QUEST方法、最小二乘法MLS[6]星敏感器是一種以恒星作為觀測目標(biāo)從而確定航天器（MinimumLeastSquare）、SVD(SingularValue[7]姿態(tài)的高精度姿態(tài)敏感器。基于星敏感器的衛(wèi)星自主姿態(tài)確Decomposition)方法以及FOAM(FastOptical
6、Attitude定技術(shù)在國外已經(jīng)有了成熟的應(yīng)用，它與慣性陀螺一樣具有Matrix)方法。自主導(dǎo)航能力，已成為航空、航天以及軍事領(lǐng)域備受關(guān)注的動態(tài)狀態(tài)估計(jì)方法一般采用卡爾曼濾波方法及其各種改進(jìn)方法，根據(jù)姿態(tài)動力學(xué)方程，建立狀態(tài)方程和觀測研究對象。隨著我國空間飛行器有效載荷指向和跟蹤精度要方程，根據(jù)觀測信息得到一定準(zhǔn)則下的最優(yōu)估計(jì)狀態(tài)。已求的提高，采用高精度的星敏感器進(jìn)行自主定姿是一個(gè)必然[11]有文獻(xiàn)提出的方法包括卡爾曼濾波算法、擴(kuò)展卡爾曼濾的發(fā)展趨勢。[11][12][12][13][14]波、UKF方法、預(yù)測卡爾曼濾波、非
7、線性預(yù)測空間飛行器姿態(tài)確定是指通過帶有噪聲的姿態(tài)敏感器[15][16][17]濾波、自適應(yīng)卡爾曼濾波、遞歸姿態(tài)預(yù)測法、擴(kuò)展測量值來確定飛行器相對于某個(gè)參考坐標(biāo)系的姿態(tài)參數(shù)的四元數(shù)估計(jì)、非跟蹤濾波、強(qiáng)跟蹤濾波方法。在上述動態(tài)過程。飛行器姿態(tài)有很多表示方法，目前提出的姿態(tài)描述方估計(jì)方法中只有前四種方法在相關(guān)文獻(xiàn)中指明只需要星法有姿態(tài)矩陣（也稱方向余弦矩陣）、歐拉角、四元數(shù)、旋敏感器就可以自主定姿；其他方法都需要兩種或兩種以上轉(zhuǎn)矢量，而在實(shí)際的姿態(tài)確定算法中最常用的是歐拉角和四的姿態(tài)敏感儀器才能完成狀態(tài)估計(jì)。[1]元數(shù)。本文采用基
8、于四元數(shù)的方法來表示空間飛行器姿目前也有文獻(xiàn)提出粒子濾波在星敏感器姿態(tài)確定中態(tài)。的運(yùn)用，但是沒有形成成熟的理論。下面對以上常用算法1姿態(tài)確定性算法分析進(jìn)行詳細(xì)的說明分析并做仿真驗(yàn)證。1.1靜態(tài)確定性算法基于星敏感器的姿態(tài)確定方法可以分為兩大類：靜態(tài)確[3]定性算法和動態(tài)狀態(tài)估計(jì)算法。基于觀
