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(gè)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(cè)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(guān)。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(cè)量系統(tǒng)為對(duì)象，對(duì)衛(wèi)星姿態(tài)確定的非線性濾波技術(shù)作了深入細(xì)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(jié)了各種姿態(tài)描述法、包括它們的定義、計(jì)算法則、運(yùn)動(dòng)學(xué)方程、換

2、算關(guān)系及優(yōu)缺點(diǎn)?；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(yùn)動(dòng)模型。
　　其次，采用四元數(shù)作為衛(wèi)星姿態(tài)的描述，在測(cè)量模型為焦平面模型的情況下，推導(dǎo)出基于擴(kuò)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(kuò)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(dāng)初始誤差較大時(shí)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(diǎn)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(yīng)用。分別針對(duì)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(jī)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(duì)粒子濾波精度的影響，對(duì)3種不同的重采樣策略進(jìn)行比較。針對(duì)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(cè)量模型。仿真結(jié)果表明，粒子濾波SIR算法在使用粒子數(shù)為2000的情況下