基于MEMS-EC組合的衛(wèi)星天線姿態(tài)測量和控制研究.pdf

1、船用衛(wèi)星天線系統(tǒng)是一個科技含量較高的產(chǎn)品，它為在海上移動平臺工作的人們提供了基本的休閑娛樂解決方案，是構(gòu)建和諧工作、生活環(huán)境的重要組成部分。與陸上固定接收設備不同，海上使用的天線面臨海浪沖擊、航行方向變化造成的船體姿態(tài)干擾問題，使對天線的姿態(tài)測量和控制更加困難。市面上成型的產(chǎn)品大多數(shù)采用GPS+角速率傳感器的辦法測量姿態(tài)，并且多數(shù)使用兩軸框架完成天線穩(wěn)定對星。但是GPS接收速率慢且容易丟星，而兩軸框架又無法完全解決橫滾問題。本文在綜合考

2、慮了系統(tǒng)成本和穩(wěn)定精度要求后，采用MEMS慣性傳感器和電子羅盤(Electronic Compass，簡稱EC)組合進行姿態(tài)測量，并通過三軸框架運動彌補橫滾角變化。
　　 首先簡述了船用衛(wèi)星天線的研究背景、發(fā)展現(xiàn)狀以及相關(guān)技術(shù)基礎。在對比了幾種測姿方法后，提出了基于MEMS慣性傳感器和電子羅盤的組合測姿方案；通過綜合考慮系統(tǒng)實現(xiàn)難度和穩(wěn)定效果，采用姿態(tài)閉環(huán)穩(wěn)定方法并加入場強儀輔助完成準確對星。
　　 其次本文對MEMS慣

3、性傳感器測量信號進行處理，使用Allan方差法辨識出MEMS陀螺的零點漂移和隨機游走系數(shù)，并分析了數(shù)據(jù)采樣率對MEMS陀螺隨機誤差辨識的影響；使用ⅡR低通濾波器對MEMS慣性傳感器噪聲信號進行了濾波處理，有效地衰減了MEMS慣性傳感器的高頻噪聲。
　　 接著重點研究了衛(wèi)星天線最優(yōu)姿態(tài)的估計，通過用四元數(shù)形式表示的姿態(tài)角誤差方程、加速度計輸出方程和地磁輸出方程推導出緊耦合Kalman濾波算法。并針對加速度干擾和地磁干擾導致姿態(tài)估計

4、誤差變大的問題，文中以加速度計為例詳細分析了對加速度干擾的辨識和處理方法；提出了一種使用小量隨機白噪聲替換被干擾軸向傳感器量測向量的抗干擾方法，通過仿真驗證了這種算法具有很好的性能。
　　 最后研究了姿態(tài)控制方法，分析介紹了目標姿態(tài)和船體姿態(tài)的計算方法，并在三軸框架穩(wěn)定原理的基礎上推導出三軸框架控制量的計算方法；仿真說明本文設計的穩(wěn)定系統(tǒng)，基本達到了設計要求。
　　 本文的關(guān)鍵在于如何通過低精度的MEMS慣性傳感器得到相