基于低成本MEMS传感器的皮卫星融合定姿算法研究

基于低成本低精度的MEMS陀螺、太阳敏感器、磁强计组合,设计了Unscented Kalman融合滤波算法.同时考虑到可能的故障模式,提出了仅依赖磁强计的备份滤波算法.在姿态参数选取上,采用修正罗德师里德参数来描述卫星姿态,降低了滤波器的维数,避免了采用四元数时解算状态误差协方差参数的奇异.利用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行半物理仿真,仿真结果表明:该融合算法能有效对卫星姿态进行实时估计,在个别敏感器失效的情况下,同样能实现较高的精度,满足普通任务的要求.该算法具有工程实现意义,是对低精度MEMS敏感器在低成本皮卫星上应用的有益探索.     

伪码测距中处理速率对再生时钟抖动性能的影响

在微小卫星再生伪码测距中,码同步环的跟踪性能是决定测距精度的关键,而数字处     

微小卫星星间测距在轨零值标定方法及应用

针对双程伪码辅助载波测距系统零值高精度标定的需求,提出一种适用于微小卫星星间测距系统在轨零值自标定的方法。该方法将测距单板的发射信号转化为接收信号,采用原有的测距算法获取测距单板的自身零值。基于该方法研制了相应的零值标定装置,实现零值测量模式和星间距离测量模式的切换。并采用实验的方法,对比不同信号强度及温度情况下的标定效果。实际测试表明,该方法所测零值稳定、结果可靠性高,同时具有较好的误差补偿效果,可作为一种新的在轨零值标定方法,其零值标定结果的不确定度可达0.18mm(2σ)。     

皮纳卫星应用与特点分析

皮纳卫星是指质量为千克级、以微机电系统(MEMS)技术为基础的小卫星。其中纳卫星一般指质量在10kg以下的小卫星,皮卫星一般是指1kg以下的小卫星。皮纳卫星具有成本低、研制周期短、发射灵活等突出优点,能通过组成星座、编队或卫星群完成单颗大卫星难以实现的任务,在研发和应用上具备一定的优势:如飞行机会更多,从而促进科学技术的更快转化和应用;任务种类多样,从而可产生更多的潜在用户;技术门槛相对较低,能促进更多高校和小企业参与,从而促进航天领域的技术创新和发展。     

一种用于SGCMG奇异规避的CVP轨迹规划

采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)作为执行机构的小型敏捷卫星在姿态机动过程中存在着奇异问题.本文从SGCMG姿态控制系统整体出发，将奇异问题转化为状态约束的动态控制问题，基于控制变量参数化(CVP)方法，设计了一种用于SGCMG奇异规避的轨迹规划.该算法在实现小型敏捷卫星大角度姿态机动过程无奇异的基础上，将SGCMG框架角转速的最优轨迹通过CVP方法进行分段线性规划.这种规划策略对框架伺服系统的算法设计无复杂要求，仅需要简单的加减速控制，从而节约了星上资源.在轨迹规划实现过程中，考虑了工程实际中的约束条件，可以按照姿态机动任务要求规划出一条综合考虑能量资源和目标精度的最优轨迹.仿真结果表明：该算法实现了姿态参数轨迹和星体角速度轨迹的平缓变化，目标误差在1×10-3量级，星体在机动过程中运行稳定，SGCMG不会出现奇异现象.     

一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

为提高微纳卫星的姿态检测效果，针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点，以单张红外成像为研究对象建立成像模型，提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环；在像点环上间隔取点做向量积，得到当前目标姿态角的样本集合；通过t Location-Scale分布进行极大似然估计，得到目标姿态角样本均值和方差的估计量；再次计算1σ置信区间内样本均值，最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法，目标姿态角在±10°内的标准差由0.06°下降为0.03°，精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题，给出了应用于实际工程的查表法，使运算速度提高了87%，提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。     

皮卫星测控应答机信号互干扰研究

皮卫星上的测控应答机由于受体积、成本和功耗等因素限制,其性能指标比传统测控应答机差,测距、遥控和遥测信号相互干扰较为严重。重点分析了三类信号相互干扰产生的机理,获得相互干扰的不同特征,以及带来的影响。最后,根据分析结果验证了皮卫星测控应答机参数设计的合理性。     

皮卫星星务管理系统容错设计

作为皮卫星的核心部分,星务管理系统的可靠性关系着皮卫星的安全。皮卫星具有重量轻、体积小、功耗低、高度集成化等特点,难以简单采用传统卫星所用到的星务容错方法。结合皮卫星具体特点,在软件的容错方法中以状态机作为整体构架,采用时间和信息冗余、静态三模冗余数据读写、自诊断和两级看门狗等技术手段设计了具有一定容错能力的皮卫星星务管理系统,并在皮卫星样机和地面试验中,通过综合测试软件验证了容错机制带来的很好的效果。     

星载测控应答机中嵌套环路仿真与优化

建立了星载测控应答机中嵌套环路的仿真模型,对测控应答机中嵌套锁相环路进行了分析和优化。分析发现,存在一个最佳环路带宽,使接收机锁定时间最快;嵌套结构与单环结构相比,可以获得更优的噪声特性。这些结果已用于微小型化星载测控应答机设计中,并得到实验的验证。本文建立的仿真模型可用于测控应答机的设计、调试过程,以寻求最佳设计参数、提高性能指标。     

皮卫星姿态确定与控制系统的半实物仿真

卫星姿态确定与控制系统(ADCS)半实物仿真是地面模拟卫星在轨运行情况的一种试验方法,用于检验系统方案以及性能指标。针对皮卫星的特点提出一种可行的姿态控制系统地面半实物仿真方案,利用MATLAB对卫星动力学、卫星运动学进行仿真建模,并模拟输出卫星轨道环境姿态参考矢量(太阳和磁场)供卫星姿态敏感器采集。结合硬件系统完成对皮卫星姿态控制系统的方案验证。仿真试验结果表明设计的半实物仿真方法是有效可行的,解决了皮卫星地面仿真的困难。这种低成本、易实现的半实物仿真平台可广泛用于其它小卫星ADCS系统的检验。