收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

三轴稳定卫星姿态确定与控制系统关键技术研究

黄晨  
【摘要】:卫星姿态控制系统是卫星的核心部分,一定程度上决定了卫星所能实现的在轨功能。要保证遥感卫星的高精度、高可靠性和高稳定性的在轨长期运行,必须保证足够的指向精度和控制稳定度。论文研究了卫星姿态控制系统中的多个关键技术,包括星敏感器姿态测量算法、基于鲁棒Hoo滤波器的姿态确定算法和基于滑模变结构控制器的姿态跟踪控制算法,实验结果与分析证实了提出的方法能够充分保证卫星上有效载荷的成像精度。论文所作的主要工作如下: 建立卫星姿态控制系统相关数学模型,包括姿态动力学、轨道动力学模型,测量矢量参考模型,执行机构数学模型,空间干扰力矩模型,定义了常用坐标系,姿态描述方法,以及卫星在轨运行的工作模式和逻辑转换关系。 简要介绍了星敏感器的技术指标,工作模式和误差来源,实现了观测星图模拟算法,重点研究了星敏感器的姿态测量方法,采用SAO星表建立导航星库,对观测星图进行预处理及质心定位提取,归纳总结了现有的几类星图识别算法,提出了一种新的基于对数极坐标变换的改进栅格方法,采用对数极坐标变换将二维特征向量降维描述,设计新的特征向量表示规则,采用哈希表建立和查找导航星库,仿真验证该方法能够有效改善和提高星图识别算法的性能指标。 给出矢量确定算法的基本原理,将离散扩展卡尔曼滤波算法应用到“星敏感器+陀螺仪”组合中,推导误差模型,估计姿态参数和其它参数,分析滤波器初始值对结果的影响。建立基于“星敏感器+陀螺仪”的系统模型,将非线性时变系统转换为线性时不变系统,采用鲁棒H∞滤波器估计卫星姿态参数,建立鲁棒滤波器方程,推导增广滤波误差方程,根据有界实引理及Schur补引理,将对传递函数H∞范数的约束条件转换为矩阵不等式,采用变量替换的方式得到关于鲁棒滤波器系数矩阵的线性矩阵不等式,采用LMI工具箱求解线性矩阵不等式的可行解得到滤波器的系数矩阵,迭代求解状态误差量。 引入基于Delta算子离散化系统的鲁棒Hoo滤波器,推导滤波误差方程,根据有界实引理及Riccati不等式推导带采样周期的矩阵不等式,应用Schur补引理推导新的矩阵不等式,联合两个不等式采用ILMI方法迭代求解最小化的扰动衰减因子γ,求解参数γ稳定下的滤波误差方程系数矩阵,推导得到鲁棒滤波器系数矩阵,迭代估计卫星姿态参数,这种方法对于采样周期较小的系统具有较好的效果。 建立误差运动学与误差动力学方程,在卫星姿态跟踪控制中采用滑模变结构控制器,设计控制律,与PD方法对比分析控制效果。设计提出了一种混合参数积分滑模控制器并应用到卫星姿态跟踪中,设计混合参数积分滑模面函数,选择指数趋近律作为切换函数,采用基于李亚普诺夫函数的方法推导了控制量的选取方式,并证明了系统的渐近稳定性,仿真结果表明这种基于混合参数积分滑模控制器收敛、响应速度快,稳态误差小,控制精度高。 为克服趋近运动阶段鲁棒性较弱的缺点,设计了一种全鲁棒变结构控制器,构建非线性切换函数使系统轨线从开始就落在滑模面上,结合改进的指数趋近律函数,减小振颤,推导干扰力矩有界情况下的控制律函数,保证系统的全程鲁棒性,仿真实验证明了这种全鲁棒变结构控制器具有较好的性能指标,能够满足三轴稳定卫星指向精度和控制稳定度的要求。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 魏新国,张广军,江洁;星敏感器中星图图像的星体细分定位方法研究[J];北京航空航天大学学报;2003年09期
2 李学夔;王志娟;郝志航;;基于CMOS和DSP的超小型星敏感器的研制[J];电子技术应用;2008年04期
3 江洁;李霄;张广军;魏新国;;星敏感器中快速星跟踪技术[J];北京航空航天大学学报;2006年08期
4 田金文,欧阳桦,郑胜,张钧;一种星图中星的提取方法[J];华中科技大学学报(自然科学版);2005年04期
5 蒋明;来逢昌;叶以正;李葆华;;适用于星敏感器的星跟踪算法研究[J];电子器件;2009年02期
6 田玉龙,王广君,房建成,田金文;基于局部熵的星敏感器星图提取方法[J];哈尔滨工业大学学报;2005年08期
7 饶才杰,房建成;一种星图模拟中观测星提取的方法[J];光学精密工程;2004年02期
8 孙兆伟;李晖;张世杰;;仅用星敏感器的卫星姿态估计UKF算法研究[J];飞行力学;2006年03期
9 阚道宏,朱铮,过瑞英;星敏感器用导航星星表的建立[J];宇航学报;1992年04期
10 姚静;易东云;聂鹏程;潘晓刚;;三轴稳定卫星的星敏感器对地定姿精度分析[J];飞行器测控学报;2006年05期
11 谭伟明;星敏感器恒星检测若干问题研究[J];光学与光电技术;2004年01期
12 李学夔,郝志航,李杰,周国辉;星敏感器的星点定位方法研究[J];电子器件;2004年04期
13 张辉;恒星敏感器[J];河池学院学报;2004年04期
14 朱长征,沈振康;面向星敏感器的星模式识别算法[J];中国惯性技术学报;2004年01期
15 陈雪芹;耿云海;;一种利用星敏感器对陀螺进行在轨标定的算法[J];系统工程与电子技术;2005年12期
16 陈雪芹;耿云海;何蕊;;基于二阶非线性滤波的星上陀螺在轨标定[J];哈尔滨工业大学学报;2008年11期
17 许世文,龙夫年,付苓,付志宇;实时星场模拟器中的坐标变换[J];哈尔滨工业大学学报;1998年05期
18 田宏,李展;提高星图识别正确率的方法研究[J];光电工程;2003年06期
19 李华;恒星敏感器[J];航天技术与民品;2000年10期
20 穆华,吴美平,胡小平;卫星惯性/星光组合自主定姿方法研究[J];中国惯性技术学报;2004年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 吴峰;沈为民;周建康;陈新华;;星敏感器光学系统星场成像仿真的设计和实现[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
2 张钧萍;林涛;贾晓光;钱国蕙;;CCD成像星图的计算机模拟[A];中国图象图形科学技术新进展——第九届全国图象图形科技大会论文集[C];1998年
3 闫佩佩;樊学武;何建伟;;大相对孔径甚高精度星敏感器光学系统设计与优化[A];中国光学学会2010年光学大会论文集[C];2010年
4 李怀锋;;基于活动星空模拟器的星敏感器仿真测试系统[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年
5 张伟娜;全伟;;高动态下CMOS星敏感器探测能力分析[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 陈元枝;姜文英;钟建勇;田宏;;星敏感器技术及检测方法[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
7 陈元枝;;星敏感器仿真研究[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年
8 张泽;段广仁;;超定条件下基于星敏感器的姿态确定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 钟兴;王栋;金光;;CMOS星敏感器光学系统设计与能量质心特性仿真[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年
10 莫鑫;;星敏感器故障诊断专家系统[A];中国空间科学学会空间探测专业委员会第十九次学术会议论文集(下册)[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 吴峰;自主导航星敏感器关键技术的研究[D];苏州大学;2012年
3 张华;高精度双视场星敏感器关键技术研究[D];华中科技大学;2011年
4 王天聪;航空导航白天星敏感器技术研究及光学系统优化设计[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
5 王晓东;大视场高精度星敏感器技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
6 钱勇;高精度三轴稳定卫星姿态确定和控制系统研究[D];西北工业大学;2002年
7 陈元枝;基于星敏感器的卫星三轴姿态测量方法研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2000年
8 朱长征;基于星敏感器的星模式识别算法及空间飞行器姿态确定技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 郑万波;基于星敏感器的全天自主分层星识别算法研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
10 刘智;CMOS图像传感器在星敏感器中应用研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘瑞娟;天文导航中星图图像底层处理的研究[D];华北电力大学(北京);2004年
2 卢佳;基于虚拟仪器的动态星图显示技术研究[D];长春理工大学;2012年
3 吴卫;高精度星敏感器结构设计和分析[D];中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所);2010年
4 李春艳;利用神经网络技术实现星敏感器的星图识别[D];辽宁师范大学;2003年
5 赵臻;天文导航中星图预处理及匹配识别技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
6 郑循江;轻小型高动态星敏感器技术研究[D];上海交通大学;2012年
7 马凤仙;处理带乘性噪声星敏感器/陀螺系统的UKF算法研究[D];湖南大学;2011年
8 潘旺华;基于多传感器信息融合的卫星姿态确定技术研究[D];国防科学技术大学;2004年
9 刘丹凤;基于带乘性噪声的星敏感器/陀螺卫星姿态确定方法研究[D];湖南大学;2010年
10 陈赜;星图快速识别与定位技术研究[D];电子科技大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 [英]雷·芬利 伤郢译;星图简史[N];中华读书报;2005年
2 湖北 霍志涛;超星图书馆“乾坤大挪移”[N];电脑报;2004年
3 本报记者 袁泓冰;三星图谋笔记本电脑市场[N];经理日报;2003年
4 陈丹;绘画艺术与天文学的结晶——丢勒星图[N];科技日报;2002年
5 张艳蕊;设计比拼升级三星图霸DVD市场[N];中国企业报;2004年
6 特约撰稿人 余凯;复星系:五虎上将勾勒复星图谱(上)[N];中国高新技术产业导报;2002年
7 特约撰稿人 余凯;复星系:五虎上将勾勒复星图谱(下)[N];中国高新技术产业导报;2002年
8 罗志宾;中国邮政中国联通战略合作续新篇[N];中国邮政报;2004年
9 崔伟光 蒋建科;矢志航天写辉煌[N];人民日报;2003年
10 杨玲玲;中国联通推出企业位置服务[N];人民邮电;2004年
中国知网广告投放
 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