收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

卫星姿态确定及敏感器误差修正的滤波算法研究

姜雪原  
【摘要】: 卫星姿态确定系统是卫星姿态控制系统中的重要组成部分,其精度是影响姿态控制系统精度水平的决定性因素。姿态确定的精度不仅取决于姿态测量系统硬件配置的性能与精度,还与所采用的姿态确定算法密切相关。本文针对基于矢量观测的三轴稳定对地定向卫星的姿态确定问题,从理论和应用两个方面对卫星姿态确定的非线性滤波技术作了深入和细致的研究。并且针对采用扩展卡尔曼滤波(EKF)确定姿态的方法的不足,提出了多种改进方案。主要完成了以下几方面的工作: 针对有陀螺和无陀螺两种模式,提出了一种基于简化球形分布Sigma点UT变换的改进型UKF滤波(SUKF)的卫星姿态估计算法。UKF姿态估计算法与EKF相比,无需计算Jacobian矩阵,仅需代数运算且运算较简单。通过UT变换,UKF具有处理非线性系统的估计问题的能力。但是,UKF滤波算法的计算量与UT变换中包含的采样点(Sigma点)的数量成正比。为此,通过引入简化球形分布Sigma点UT变换减少了Sigma点的数量,在保证了精度的同时,使得滤波算法的计算量大大减少。在有陀螺模式下,设计了基于误差修正罗德里格参数(MRPs)的SUKF姿态估计算法,在计算过程中同时能够保证四元数始终归一化。在无陀螺模式,基于MRPs的姿态表示和卫星刚体动力学方程,实现了SUKF姿态估计算法。与EKF、UKF和CDKF滤波方法的仿真比较表明,SUKF姿态估计器在保证精度的同时,减少了计算量。 提出了两种改进姿态滤波算法:基于平方根UKF滤波算法和基于滚动时域估计(MHE)算法。前者基于KF中平方根滤波以克服发散的思想,给出了存在乘性噪声情况下的平方根UKF滤波方法,并且以修正罗德里格为姿态参数,设计了基于平方根UKF的无陀螺卫星的姿态估计器。对于后者,MHE的特点是在每个采样时刻,滚动窗口不断地包含最新的测量信息,从而能够较好地处理过去固定时域内的系统模型的非线性。相对来说,EKF和UKF则是在前一时刻的采样点实现线性化或者多项式近似。 为了能够处理非高斯分布噪声的情况,提出了采用粒子滤波(PF)算法的卫星姿态和角速度算法。对于姿态估计,采用了Rao-Blackwellization技术将卫星模型状态向量中的线性状态部分(陀螺偏差)和非线性状态部分(卫星姿态)分开处理,线性部分状态可以由卡尔曼滤波(KF)估计得到,非线性部


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李英堂,费从宇;帆板转动时卫星姿态的非线性控制[J];宇航学报;2001年01期
2 何贤强,潘德炉,尹中林,王迪峰;水色遥感卫星姿态对瑞利散射计算的影响[J];遥感学报;2005年03期
3 王玉祥;李祥明;李凌;;卫星姿态的几何确定方法初探[J];遥测遥控;2007年06期
4 孙光;霍伟;;卫星姿态直接自适应模糊预测控制[J];自动化学报;2010年08期
5 陈志明;王惠南;刘海颖;;基于信息一致性的分布式卫星姿态同步研究[J];宇航学报;2010年10期
6 李贵明;刘良栋;;刚体卫星姿态的有限时间控制[J];空间控制技术与应用;2011年03期
7 杨婧;史小平;;卫星姿态系统的抗干扰完整性容错控制[J];系统工程与电子技术;2013年01期
8 费从宇;李英堂;;飞轮转速过零时卫星姿态的非线性控制[J];航天器工程;2000年01期
9 李太玉;张育林;;基于磁力矩定向阻尼特性的卫星姿态磁控制[J];上海航天;2005年06期
10 蔡琳;陈家斌;黄远灿;徐建华;;基于神经网络专家系统的卫星姿态确定系统故障诊断[J];东南大学学报(自然科学版);2005年S2期
11 赵秀凤;王红;;带有关节相连的附属物的人造卫星姿态和形状轨迹跟踪控制[J];河南大学学报(自然科学版);2005年04期
12 周美华;边云涛;;超平面滤波算法在卫星姿态确定中的应用[J];舰船电子工程;2005年06期
13 王华;崔晓婷;刘向东;张宇河;;基于Q-学习的卫星姿态在线模糊神经网络控制[J];北京理工大学学报;2006年03期
14 安凯;宋黎定;马佳光;;卫星姿态滑模变结构控制的广义逆方法[J];光电工程;2007年05期
15 陆云鹏;金光;;卫星姿态的模糊控制研究与物理仿真[J];电光与控制;2008年09期
16 冀红霞;杨静;;基于非线性预测滤波的卫星姿态确定[J];系统仿真学报;2010年S1期
17 刘善伍;张锐;张静;;卫星姿态采样系统的鲁棒H_∞控制[J];航天控制;2012年06期
18 高智杰;孙富春;闵海波;王士星;;飞网抛射过程母卫星姿态干扰分析与姿态控制[J];力学学报;2013年03期
19 邢光谦;;人造卫星姿态量测模型的最优选择[J];航天控制;1983年02期
20 管萍,刘星桥,陈家斌;卫星姿态再励学习的模糊神经控制[J];北京理工大学学报;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陆风;许健民;张其松;;风云二号气象卫星姿态和沿步进角方向失配角参数对图像影响的模拟研究[A];大气科学发展战略——中国气象学会第25次全国会员代表大会暨学术年会论文集[C];2002年
2 蔡琳;陈家斌;黄远灿;徐建华;;基于神经网络专家系统的卫星姿态确定系统故障诊断[A];2005年全国自动化新技术学术交流会论文集[C];2005年
3 刘海洋;张鹏;;目标定向模式下的卫星姿态可视化算法研究[A];'2010系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2010年
4 王景;刘良栋;李果;;控制输入受限情况下卫星姿态的鲁棒自适应控制[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
5 彭海军;赵军;吴志刚;蔡志勤;;平动点附近卫星姿态的动力学建模与仿真[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
6 王西京;郑军;李栋林;林乐天;;基于磁强计的近地三轴卫星姿态确定[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十八次学术会议论文集(上册)[C];2005年
7 莫欣农;;中国充液卫星姿态稳定性研究的引路人——贺王照林老师八十诞辰[A];动力学与控制及航天应用[C];2008年
8 童雷;刘一武;;卫星快速稳定随机PD控制研究[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
9 刘延利;董光亮;;利用GPS单天线测定卫星姿态[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十五次学术会议论文集[C];2002年
10 田增山;申文求;隆克平;;SAR卫星的GPS姿态测量系统研究[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 李东;皮卫星姿态确定与控制技术研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2005年
2 姜雪原;卫星姿态确定及敏感器误差修正的滤波算法研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
3 黄晨;三轴稳定卫星姿态确定与控制系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
4 刘震昆;分布式SAR卫星姿态和相对轨道确定及相关问题研究[D];电子科技大学;2008年
5 吕建婷;三轴稳定卫星姿态控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
6 杜丽敏;基于力矩陀螺的高分敏捷小卫星姿态机动控制研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨婧;卫星姿态系统的容错控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
2 牟忠凯;卫星姿态确定的非线性滤波方法研究[D];解放军信息工程大学;2010年
3 岳洋;基于粒子滤波的三轴稳定卫星姿态确定算法的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
4 王蜀泉;基于模糊控制的卫星姿态控制方法研究[D];中国科学院研究生院(空间科学与应用研究中心);2005年
5 冯琳琳;基于改进遗传算法的挠性卫星姿态模糊神经网络控制研究[D];吉林大学;2008年
6 刘海龙;三轴角动量飞轮式卫星姿态系统的鲁棒控制研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 安文吉;某型三轴稳定卫星姿态确定及控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
8 刘亚静;三轴稳定卫星姿态控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
9 樊雯;基于切换系统方法的卫星姿态容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2013年
10 任成功;挠性卫星姿态基于遗传算法的模糊控制研究[D];吉林大学;2007年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 夏燕 郎勇;掌控新星观风云[N];中国航天报;2008年
2 周伟孙海霞 廖文根;写在太空的辉煌[N];人民日报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978