基于粒子濾波的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)確定算法的研究.pdf

1、衛(wèi)星姿態(tài)信息是影響整個姿態(tài)控制系統(tǒng)性能的重要因素。其精度不但取決于姿態(tài)測量系統(tǒng)硬件配置的性能與精度，還與所采用的姿態(tài)確定算法密切相關。星敏感器是一種矢量姿態(tài)敏感器，也是航天工程中精度最高的姿態(tài)敏感器。本文以星敏感器和陀螺作為基本配置組成的三軸穩(wěn)定衛(wèi)星姿態(tài)測量系統(tǒng)為對象，對衛(wèi)星姿態(tài)確定的非線性濾波技術作了深入細致的研究。主要完成了以下幾方面的工作：
　　首先較全面、系統(tǒng)地總結了各種姿態(tài)描述法、包括它們的定義、計算法則、運動學方程、換

2、算關系及優(yōu)缺點?；谒脑獢?shù)和修正羅德里格參數(shù)建立了完整的衛(wèi)星姿態(tài)運動模型。
　　其次，采用四元數(shù)作為衛(wèi)星姿態(tài)的描述，在測量模型為焦平面模型的情況下，推導出基于擴展卡爾曼濾波的星敏感器和陀螺組合的姿態(tài)確定算法。數(shù)值仿真表明擴展卡爾曼濾波算法在較小的初始誤差下具有較好的性能，當初始誤差較大時則不能保證收斂。
　　為了解決較大初始誤差和非高斯分布的情況，重點研究了粒子濾波在衛(wèi)星姿態(tài)和姿態(tài)角速度確定中的應用。分別針對有陀螺和無陀螺的

3、情況，提出了用于姿態(tài)和姿態(tài)角速度確定的粒子濾波SIR算法。這種算法基于蒙特卡羅仿真，即用隨機的粒子來近似表示狀態(tài)矢量的概率分布。初始的姿態(tài)分布為均勻分布，采用羅德里格參數(shù)作為衛(wèi)星的姿態(tài)描述。為了說明重采樣方法對粒子濾波精度的影響，對3種不同的重采樣策略進行比較。針對粒子濾波算法中出現(xiàn)的樣貧問題，采用粒子粗化的方法來增加粒子的多樣性。仿真中分別采用焦平面和星光矢量兩種測量模型。仿真結果表明，粒子濾波SIR算法在使用粒子數(shù)為2000的情況下