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过驱动卫星姿态动态控制分配研究

航天控制 2023年第1期41卷 53-59页

作者：谢方圆张爱民中国人民解放军63766部队西双版纳666200 西安交通大学电子与信息学部西安710049

针对受干扰、飞轮故障、安装偏差和饱和影响的过驱动卫星的姿态控制问题提出了一种控制器设计方法。首先建立了过驱动卫星的姿态方程,给出了飞轮安装偏差、故障和饱和的数学描述。随后设计了存在外界不确定干扰和飞轮安装偏差时的滑模... 详细信息

针对受干扰、飞轮故障、安装偏差和饱和影响的过驱动卫星的姿态控制问题提出了一种控制器设计方法。首先建立了过驱动卫星的姿态方程,给出了飞轮安装偏差、故障和饱和的数学描述。随后设计了存在外界不确定干扰和飞轮安装偏差时的滑模控制律,再应用动态控制分配解决过驱动卫星飞轮故障问题,最后考虑飞轮存在饱和时,使用零空间法使飞轮力矩指令保持在可行区间之内。设计的控制方法避免了复杂的控制器设计过程,控制器更为简单,适应性更广,更容易理解且更易于工程应用。

关键词：卫星姿态滑模动态控制分配零空间法

卫星姿态误差对GOCE重力梯度精度的影响评估

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测绘科学技术学报 2021年第2期38卷 136-141,147页

作者：赵宇鹏于锦海梁磊徐焕中国科学院计算动力学重点实验室北京100049 中国科学院地球与行星科学学院北京100049 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院湖北武汉430071

在地球重力场和海洋环流探测卫星GOCE(Gravity field and Ocean Circulation Explorer)的观测数据中,其主要的观测量重力梯度数据不仅与搭载的6个加速度计的测量值有关,而且还与卫星自身的自转角速度存在着二次函数关系。由于加速度计... 详细信息

在地球重力场和海洋环流探测卫星GOCE(Gravity field and Ocean Circulation Explorer)的观测数据中,其主要的观测量重力梯度数据不仅与搭载的6个加速度计的测量值有关,而且还与卫星自身的自转角速度存在着二次函数关系。由于加速度计测量频段的限制,这样就导致了卫星姿态的低频误差混入到测量频段内的重力梯度数据之中。为了客观地分析姿态误差对重力梯度精度的影响程度,本文论述了如何利用以四元数形式给出的姿态数据来计算自转角速度,并针对GOCE的实际姿态误差情况通过数据模拟分析了姿态误差对重力梯度测量精度的影响,得到了下列结论:若卫星姿态的误差是5″,则对重力梯度精度的影响最大可达5.7 mEd;若重力梯度的精度指标是1 mEd,那么GOCE姿态的误差不能超过1″。

关键词：地球重力场和海洋环流探测卫星重力梯度卫星姿态模拟计算误差分析

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导航卫星姿态和光压模型研究进展

天文学进展 2023年第3期41卷 331-346页

作者：黄超宋淑丽陈钦明周伟莉中国科学院上海天文台上海200030 中国科学院大学北京100049

不同导航系统中卫星的形状、材料、轨道设计和姿态控制模式等都不相同,在进行多系统数据联合处理时,要获得高精度的卫星轨道,需要区别对待不同类型卫星的姿态模型和光压模型。作为导航卫星所受量级最大的非保守力,国内外许多研究是围绕... 详细信息

不同导航系统中卫星的形状、材料、轨道设计和姿态控制模式等都不相同,在进行多系统数据联合处理时,要获得高精度的卫星轨道,需要区别对待不同类型卫星的姿态模型和光压模型。作为导航卫星所受量级最大的非保守力,国内外许多研究是围绕光压模型的建立与精化等方面来开展,以便建立最合适的模型,从而获取更高的定轨精度。目前的研究表明,新的Galileo以及北斗卫星采用与之前不同的姿态控制模式,适用的光压模型也不同。总结了目前比较通用的导航卫星姿态模型,尤其是官方最新公布的北斗卫星的姿态模型,详细介绍了卫星光压模型研究进展和近几年来新发射卫星光压模型以及其先验模型的构建方法,并分析了各个模型的优缺点和适应性。通过对目前导航卫星姿态以及光压模型的分析,提出在更高精度的定轨任务中有待改进的问题,为导航卫星尤其是新发射导航卫星精密定轨中的光压和姿态模型的选择和建立提供参考。

关键词：导航卫星太阳光压卫星姿态精密卫星定轨

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基于高分卫星姿态监测的姿态参数算法优化

航天返回与遥感 2023年第2期44卷 53-62页

作者：缪毓喆王伟之杨秀策地理信息工程国家重点实验室西安710054 西安测绘研究所西安710054 北京空间机电研究所北京100094 先进光学遥感技术北京市重点实验室北京100094

目前航天测绘相机几何参数的在轨标定通常经由地面检校场数据处理完成。然而,由于一次摄影中难以保证获取的地面检校场影像完整,使得在轨标定周期较长,进而导致实时监测与标定非常困难。“高分十四号”卫星搭载了一种新的姿态测定系统,... 详细信息

目前航天测绘相机几何参数的在轨标定通常经由地面检校场数据处理完成。然而,由于一次摄影中难以保证获取的地面检校场影像完整,使得在轨标定周期较长,进而导致实时监测与标定非常困难。“高分十四号”卫星搭载了一种新的姿态测定系统,利用高精度的相机光轴监测实现对相机几何参数的在轨实时标定。文章在此基础上对高分卫星星地相机间夹角在轨解算方案进行了优化,并基于数值仿真和在轨实测数据进行了分析,结果显示优化算法可以进一步提高影像内定向稳定度和最终的定位精度,未来有望在高精度立体测绘应用中发挥重要作用。

关键词：卫星摄影测量卫星姿态在轨实时监测低频误差航天测绘相机

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基于循环神经网络的卫星姿态执行器故障诊断

中国空间科学技术 2021年第4期41卷 121-126页

作者：倪平闻新沈阳航空航天大学航空宇航学院沈阳110136 南京航空航天大学航天学院南京210016

针对卫星姿态控制系统执行器机构故障问题,提出了一种基于循环神经网络的故障诊断方法。对卫星姿态控制系统建模,进行故障分析并采集星敏感器和角速度陀螺的连续时刻故障数据。设计六种异构的循环神经网络,对故障数据进行故障诊断和分类... 详细信息

针对卫星姿态控制系统执行器机构故障问题,提出了一种基于循环神经网络的故障诊断方法。对卫星姿态控制系统建模,进行故障分析并采集星敏感器和角速度陀螺的连续时刻故障数据。设计六种异构的循环神经网络,对故障数据进行故障诊断和分类,分别从网络深度、反馈单元、激活函数和训练算法对比网络效果。带有门循环单元的(gate recurrent unit,GRU)深层循环神经网络训练效果更好,其故障诊断准确率达到了95.7%。结果表明对于时序的卫星数据,门循环单元和带有一定深度的循环神经网络故障诊断效果更优。

关键词：卫星姿态控制系统循环神经网络故障诊断门控循环单元深度学习

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北斗三号MEO卫星姿态预报方法研究

航天控制 2022年第2期40卷 35-40页

作者：邵瑞强林夏龚文斌林宝军赵帅上海微小卫星工程中心导航卫星研究所上海201210 中国科学院微小卫星创新研究院上海201210 中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学计算机科学与技术学院北京100094 上海科技大学信息科学与技术学院上海201210

在北斗三号卫星星间链路无法获取姿控系统闭环姿态角的情况下,为使其能继续计算指向保持建链,本文提出采用预报姿态进行建链计算的方案,并提出了一种全时段(包括地影期偏航正负阶跃时)的姿态预报算法。根据在轨真实姿态数据评估了长时... 详细信息

在北斗三号卫星星间链路无法获取姿控系统闭环姿态角的情况下,为使其能继续计算指向保持建链,本文提出采用预报姿态进行建链计算的方案,并提出了一种全时段(包括地影期偏航正负阶跃时)的姿态预报算法。根据在轨真实姿态数据评估了长时预报姿态的精度和将其用于建链计算的指向精度。研究表明,本文提出的预报姿态方法在一年中99.998%的时间误差小于0.1°,一年内所有时间的误差在1.7°以内,将预报姿态应用于星间链路指向计算完全可行。本研究可为北斗导航系统精度与可靠性提升提供依据。

关键词：北斗MEO卫星地影期卫星姿态预报姿态

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北斗IGSO卫星姿态零偏航状态下精密定轨

测绘学报 2018年第B12期47卷 18-27页

作者：郭睿周建华胡小工李晓杰刘利周善石吴杉北京卫星导航中心北京100094 中国科学院上海天文台上海200030 大地测量与地球动力学国家重点实验室湖北武汉430077

考虑到卫星平台供电和卫星安全等因素,北斗系统IGSO卫星姿态采用动态偏置与零偏置相结合的控制方式。在不同的控制模式下,卫星本体和太阳帆板受照条件存在一定的差异,动偏期间的力学模型不适用于零偏期间,零偏期间的IGSO卫星定轨精度衰... 详细信息

考虑到卫星平台供电和卫星安全等因素,北斗系统IGSO卫星姿态采用动态偏置与零偏置相结合的控制方式。在不同的控制模式下,卫星本体和太阳帆板受照条件存在一定的差异,动偏期间的力学模型不适用于零偏期间,零偏期间的IGSO卫星定轨精度衰减非常明显,致使重点地区系统服务平均可用性降低2%,其他地区降低4%,系统服务性能受到严重挑战。针对该问题,本文提出了钟差约束条件下的零偏状态定轨方案,设计了详细的钟差应用策略、系统差控制策略和力学模型误差补偿策略,解决了IGSO卫星零偏期间精密定轨问题,实现了动偏转零偏、零偏转动偏两个状态变化前后卫星轨道产品的"无缝衔接",导航服务未中断,卫星空间信号精度保持了连续和稳定。实测数据的试验结果表明:①C06卫星的UERE由2.95m提高为1.22m,C09卫星的UERE由6.29m提高为1.54m;②C06和C09卫星UERE小于2.5m概率分别由59.87%和35.04%提高为94.85%和88.49%,UERE小于5m概率分别由92.10%和71.67%提高为99.98%和99.43%。

关键词：北斗卫星导航系统 IGSO卫星零偏航卫星姿态双向频率传递

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高分七号卫星姿态质量评价与精度分析

高分七号卫星姿态质量评价与精度分析

作者：赵健伊辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

高分七号卫星是我国首颗亚米级立体光学测绘卫星,装载双视场星敏感器和陀螺仪等高精度姿态测量载荷,旨在获取高精度姿态数据,提高卫星平台和星上载荷的几何定位精度,以满足1:10000比例尺立体测图精度需求,其影像产品已广泛应用于我国多... 详细信息

高分七号卫星是我国首颗亚米级立体光学测绘卫星,装载双视场星敏感器和陀螺仪等高精度姿态测量载荷,旨在获取高精度姿态数据,提高卫星平台和星上载荷的几何定位精度,以满足1:10000比例尺立体测图精度需求,其影像产品已广泛应用于我国多个行业领域中。卫星姿态精度是影响对地几何定位精度的重要因素之一。为了保障影像数据得到高效可靠应用,对卫星姿态数据质量评价与精度分析是必不可少的环节之一。高分七号卫星除下传星上实时处理的姿态数据外,还同步下传原始星敏感器、陀螺测量数据,用于事后地面精密定姿。在此背景下,本文建立一套卫星姿态评价方法,以高分七号卫星为试验对象,分析下传的星上实时姿态数据和事后地面处理精密姿态数据的质量,并依据几何定位理论进行精度分析试验,将几何定位精度作为评价姿态数据精度的主要依据,对高分七号卫星姿态数据进行全面的评价。本文主要研究工作如下:(1)建立了一套卫星姿态数据质量评价方法。以高分七号卫星姿态为例,通过对大量原始姿态数据和星上预姿数据进行分析,分别从数据缺失程度、两星敏感器之间的光轴夹角、星敏感器安装角度的变化,对姿态数据的完整性、精确性和稳定性三个方面分析评价高分七号卫星姿态质量。(2)介绍了几何定位的相关知识,包括相关坐标系及其之间的相互转换;并以高分七号卫星光学相机为例,详细介绍了严格成像几何模型的构建;推导了姿态数据如何影响几何定位精度,后续几何定位试验奠定基础。(3)评价高分七号卫星姿态精度,使用星上姿态数据和事后地面处理精密姿态数据进行高分七号卫星足印影像定位试验,并利用定位结果对姿态数据的精度进行评价分析。为验证分析结果的正确性,对高分七号卫星激光和光学影像同样进行了定位试验。验证试验的结果与足印影像定位试验结果一致,证明几何定位精度可以用来评价姿态数据精度。试验结果表明,使用国产星敏感器作为标定的事后地面处理精密姿态数据精度高于星上姿态数据。该论文有图55幅,表13个,参考文献58篇。

关键词：高分七号卫星姿态几何定位严格成像几何模型足印影像

卫星姿态大角度机动的轨迹规划和模型预测与反演控制

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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飞控与探测 2019年第1期2卷 17-23页

作者：谭天乐尹俊雄郑翰清上海航天控制技术研究所上海201109 上海市空间智能控制技术重点实验室上海201109

空间科学观测、态势感知、对地遥感、操控服务等应用对卫星提出了高精度、高稳定度、平稳柔顺大角度姿态机动的需求。采用欧拉角形式,对时变、非线性卫星姿态动力学系统进行了分析与建模,将每一个测控周期视为一个姿态机动过程。基于动... 详细信息

空间科学观测、态势感知、对地遥感、操控服务等应用对卫星提出了高精度、高稳定度、平稳柔顺大角度姿态机动的需求。采用欧拉角形式,对时变、非线性卫星姿态动力学系统进行了分析与建模,将每一个测控周期视为一个姿态机动过程。基于动力学系统受控运动的规律,在每一个姿态跟踪机动过程中,预测姿态偏差,通过卫星姿态演化的反演得到控制指令。以三角函数为基础,设计了一种卫星姿态大角度机动的运动轨迹规划方法。所述的轨迹规划及控制方法具有轨迹跟踪精度高、稳定性好,跟踪和机动过程平稳柔顺的特点。数学仿真验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：轨迹规划模型预测与反演控制卫星姿态大角度机动