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地球同步轨道卫星容错定姿定轨研究

李钧  
【摘要】:无陀螺下卫星智能自主控制技术具有许多优点:(1)可提高星体的有效载荷,(2)可降低卫星的在轨运行成本,(3)可作为有陀螺下的系统备份,(4)可提高系统的可靠性。目前各国都积极参与此项研究,其中美国已有了实际的工程应用,而我国在这方面与国外相比还存在较大的差距。本文以地球同步轨道卫星为研究对象,从理论和工程上较系统的研究了无陀螺下卫星姿态控制系统的多敏感器信息融合技术、故障诊断与系统重构技术和自主导航技术。 本文从事的研究工作主要有三点: 1.无陀螺下星上多敏感器信息融合技术研究。使用CCD星敏感器、DSS数字式太阳敏感器和DES红外地平仪构造了三个相互独立的姿态测量子系统,再通过分散化滤波技术,进行多传感器信息融合,满足了卫星姿态确定所需的高精度、实时、计算量小等要求。为了全面分析本系统的性能,对系统模型进行了全面的数字仿真,并对仿真结果进行了分析。 2.卫星控制系统故障诊断与系统重构技术的研究。基于本文所采用的姿态确定系统的特点和故障的分类,采用残差加权平方和的故障检验方法来实现卫星姿态确定系统的故障自我诊断。在系统重构方面也充分的利用了模型的特点,在不增加算法复杂度的情况下实现了系统的重构。 3.地球同步轨道卫星自主导航技术研究。在惯性空间采用星光角距法实现了高轨卫星的自主定轨,通过对模型分别进行扩展卡尔曼滤波和UKF(Unscented Kalman Filter)滤波比较,结果显示UKF滤波方法可显著提高卫星定轨精度,是解决严重非线性系统滤波的有效方法。 本文的创新点在于:卫星定姿定轨共用相同传感器,无陀螺获取全姿态信息,故障诊断与系统重构方法简单实用。星光角距定轨法由于使用了UKF滤波方法解决了定轨中的严重非线性问题,在不增加计算量的前提下提高了定轨的精度。


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