微小衛(wèi)星姿軌自主確定技術(shù)研究.pdf

1、微小衛(wèi)星是當前空間技術(shù)領(lǐng)域的熱點之一，提高微小衛(wèi)星姿態(tài)確定技術(shù)的水平對提升微小衛(wèi)星平臺的性能具有重要意義；同時，隨著微小衛(wèi)星的增多與空間安全的需要，由微小衛(wèi)星組網(wǎng)構(gòu)成微小衛(wèi)星星座的軌道自主確定也引起了人們的重視。本文就微小衛(wèi)星姿態(tài)確定與基于星間測距信息的微小衛(wèi)星組網(wǎng)自主定軌技術(shù)開展了研究，主要內(nèi)容如下： 微小衛(wèi)星姿態(tài)確定系統(tǒng)受成本、質(zhì)量和功耗的嚴格限制，姿態(tài)敏感器的選擇范圍小，所以開展了基于微型低功耗新型姿態(tài)敏感器的姿態(tài)確定技術(shù)

2、研究：提出利用CMOS相機對地球邊緣成像，克服由安裝和控制系統(tǒng)指向誤差帶來的圖像畸變，并利用非線性最小二乘算法提取地心矢量，仿真表明效果較理想；GNSS（Global Navigation Satellite System）接收機可將部分功能集成在星載計算機中實現(xiàn)，所以基于GNSS的衛(wèi)星姿態(tài)確定技術(shù)可使姿態(tài)確定系統(tǒng)進一步微型化，針對GPS研究了基于單頻短基線的整周模糊度快速搜索方法，設(shè)計了姿態(tài)確定的解算流程，并搭建了地面驗證系統(tǒng)，結(jié)果表

3、明方法可行；針對建設(shè)中的伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)，研究了采用三個載波頻率的整周模糊度快速求解算法，在分析三載波模糊度搜索成功率的基礎(chǔ)上，提出建立小模糊度搜索空間與相應(yīng)的尋優(yōu)搜索方法，提高了模糊度搜索的成功率，縮短了初始化時間。 采用新型的信息融合技術(shù)是提高微小衛(wèi)星姿態(tài)確定精度和可靠性的有效措施。為提高無陀螺微小衛(wèi)星姿態(tài)確定的精度，將預(yù)測濾波算法引入到姿態(tài)確定中，從而克服無法建模的非高斯誤差的影響，并提出模型誤差加權(quán)陣偏小設(shè)計準則，簡化

4、了濾波器設(shè)計并克服了濾波的初始振蕩；采用改進聯(lián)邦濾波實現(xiàn)多個低精度姿態(tài)敏感器的信息融合，該算法在主濾波器中實現(xiàn)信息預(yù)測與分配，子濾波器僅完成量測更新，降低運算量的同時仍具有較高容錯能力。 在軌實時標定是提高微型低精度姿態(tài)敏感器測量精度的又一途徑。開展了基于磁強計的剩磁在軌標定方法的研究，基于常值偏置的磁強計測量模型建立了考慮星體剩磁干擾的姿態(tài)動力學模型，仿真表明該標定模型效果良好；建立了不依賴其余測量信息的MEMS陀螺偏置標定模

5、型，并分析了適用條件，仿真表明標定方法可行并具有一定精度，適合微小衛(wèi)星入軌初期使用。 利用星間測距信息進行了微小衛(wèi)星組網(wǎng)自主定軌技術(shù)的研究。針對由數(shù)目眾多的微小衛(wèi)星組網(wǎng)構(gòu)成的微小衛(wèi)星星座，首先分析了基于星間測距的可觀測性，提出了星間測距模型與關(guān)鍵的仿真方法，并進行了測距定位精度的影響分析，仿真表明了方法的有效性；在此基礎(chǔ)上引入星地鏈路來固定星座整體基準，仿真驗證了該方案的可行性，為微小衛(wèi)星組網(wǎng)并實現(xiàn)軌道長期自主確定提供了一種解決

6、思路。 利用STK（Satellite Tool Kit）與Matlab構(gòu)建了一套姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)的仿真驗證平臺，該平臺能實現(xiàn)姿態(tài)確定算法與控制律的快速驗證，減輕了研制人員的負擔；根據(jù)某型微小衛(wèi)星姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)的任務(wù)，在確定系統(tǒng)配置、布局、任務(wù)流程和基本算法的基礎(chǔ)上，利用PC104嵌入式計算機與VxWorks實時多任務(wù)操作系統(tǒng)開發(fā)了某型微小衛(wèi)星的軟件研制與半物理仿真平臺，驗證了方案、任務(wù)規(guī)劃與算法設(shè)計的準確性。 本