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《国防科学技术大学》 2011年
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基于多视场星敏感器的航天器姿态确定方法研究

张力军  
【摘要】:星敏感器作为目前精度最高的姿态测量器件在航天任务中得到了广泛应用,无论是地球轨道卫星还是深空探测器,大型空间平台还是小型卫星,高精度的姿态确定系统几乎都采用了星敏感器。本文以一种新型的多视场星敏感器为研究背景,对基于多视场星敏感器的航天器姿态确定方法进行研究。全文主要研究成果如下: 初步设计了双视场星敏感器的总体方案。系统地研究了星图模拟原理,并基于Tycho-2星表完成了单视场和双视场星敏感器的导航星选取;介绍了一种常见的带阈值灰度的质心提取算法,并研究了星像点的视场识别技术;研究了双视场星敏感器的成像原理并初步设计了主要技术参数,提出了分束镜安装失准矩阵的估计方法。 研究了基于星棱椎构型的星图识别算法。基于K矢量查找技术,深入研究了星棱椎匹配算法,并针对双视场星敏感器结构特点设计了改进的星棱椎匹配算法,仿真结果表明该星图识别算法识别速度快,识别成功率高达99%以上,能够实现全天球自主星图识别。 研究了基于星敏感器的姿态确定算法。系统地研究了几种典型的基于矢量观测的姿态确定性算法,并利用数值仿真比较了各算法性能;进一步研究了方向余弦阵中四元数提取算法以及姿态阵和四元数的加权平均问题,拓展了Wahba问题的应用范围。 发展了基于MEKF的航天器姿态确定算法。推导了具有一般形式的MEKF姿态确定算法,适用于航天器相对于任意已知参考坐标系的姿态求解,设计了有陀螺和无陀螺两种姿态确定方案,并系统研究了姿态敏感器常用的矢量观测模型,四元数观测模型以及欧拉角观测模型;应用二阶广义Kalman滤波技术,设计了用于无陀螺姿态确定系统的二阶非线性姿态估计算法;运用矩阵论中的二次型原理,提出了一种应用于卡尔曼滤波过程中的离散化算法,该算法有利于针对时间连续系统的卡尔曼滤波过程在计算机上的一体化实现。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:V448.2

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
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【相似文献】
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3 李葆华,张迎春,李化义,许士文;用KMP算法进行星敏感器星图识别的方法[J];光电工程;2004年01期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 郑胜;映射二乘向量机及其在天文导航中的应用[D];华中科技大学;2005年
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