基于姿態(tài)敏感器測量信息的衛(wèi)星自主導航研究.pdf

1、國內圖書分類號：V448.2 國際圖書分類號: 629.78 工學碩士學位論文 基于姿態(tài)敏感器測量信息的衛(wèi)星 自主導航研究 碩 士 研 究 生： 王書新 導 師： 孫兆偉教授 申 請 學 位： 工學碩士 學 科 、 專 業(yè)： 飛行器設計 所 在 單 位： 航天學院衛(wèi)星技術研究所 答 辯 日 期： 2006 年 6 月 授予學位單位： 哈爾濱工業(yè)大學 哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文 - I - 摘 要 隨著衛(wèi)星技術的發(fā)展，衛(wèi)星的自主生存

2、能力日益重要，這就要求衛(wèi)星具有完全自主導航的能力。從姿態(tài)敏感器的測量信息中提取軌道數(shù)據(jù)，利用多種姿態(tài)敏感器組合的方式來提高軌道確定精度，這對于現(xiàn)代衛(wèi)星尤其是要求有自主生存能力的衛(wèi)星來說，無疑是具有重要意義的：既可以降低成本，又可以提高性能和可靠性。因此，本文針對低軌道衛(wèi)星，研究了利用姿態(tài)敏感器的測量數(shù)據(jù)進行自主定軌以及姿態(tài)敏感器發(fā)生故障時軌道預報問題，具體工作如下： 1 研究了基于姿態(tài)敏感器角度測量的自主導航方法。首先在考慮地球的橢球特

3、性情況下，通過對地平方向矢量進行一階修正，建立了掃描式紅外地平儀地平點夾角的數(shù)學模型；針對衛(wèi)星上同時配置多種姿態(tài)敏感器的情況，研究了利用多種姿態(tài)敏感器組合方式的自主導航。根據(jù)太陽敏感器的測量狀況，采用了兩種方式的組合自主導航方法：即太陽光照區(qū)自主導航方法和太陽陰影區(qū)自主導航方法。在光照區(qū)，利用星敏感器、紅外地平儀和太陽敏感器的測量信息進行自主導航；在陰影區(qū)，利用星敏感器、紅外地平儀測量信息進行自主導航。這樣無論衛(wèi)星運行在太陽光照區(qū)或是太

4、陽陰影區(qū)，都能夠有效的自主提供軌道數(shù)據(jù)。設計了一種易于工程實現(xiàn)且精度較高的自主導航方案，最終通過仿真驗證了多姿態(tài)敏感器組合導航方法的優(yōu)越性。 2 研究了利用多種姿態(tài)敏感器組成的導航系統(tǒng)與慣性導航系統(tǒng)進行組合導航方法。提出了利用信息融合算法提高衛(wèi)星軌道確定精度與可靠性的導航方案。在慣性坐標系下建立了組合導航系統(tǒng)的數(shù)學模型。對組合導航系統(tǒng)進行了方案設計。最后，通過仿真驗證了組合導航方案的可行性。 3 研究了姿態(tài)敏感器出現(xiàn)故障情況下衛(wèi)星軌道預