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航天器高精度多维安装解耦标定方法

毛柏源 姬军鹏 张鹏飞

毛柏源, 姬军鹏, 张鹏飞等 . 航天器高精度多维安装解耦标定方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 754-760. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0285
引用本文: 毛柏源, 姬军鹏, 张鹏飞等 . 航天器高精度多维安装解耦标定方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2020, 46(4): 754-760. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0285
MAO Boyuan, JI Junpeng, ZHANG Pengfeiet al. High-precision decoupling calibration method of multi-dimensional mounting spacecraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 754-760. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0285(in Chinese)
Citation: MAO Boyuan, JI Junpeng, ZHANG Pengfeiet al. High-precision decoupling calibration method of multi-dimensional mounting spacecraft[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2020, 46(4): 754-760. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0285(in Chinese)

航天器高精度多维安装解耦标定方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0285
基金项目: 

国防科技创新特区项目 

详细信息
    作者简介:

    毛柏源, 男, 博士研究生。主要研究方向:飞行器制导与控制

    姬军鹏, 男, 高级工程师, 硕士。主要研究方向:空空机载武器信息

    张鹏飞, 男, 高级工程师, 博士研究生。主要研究方向:轨道、姿态动力学与控制

    通讯作者:

    张鹏飞, E-mail: zhangpengfeithu@tsinghua.org.cn

  • 中图分类号: V448.22

High-precision decoupling calibration method of multi-dimensional mounting spacecraft

Funds: 

National Defense Technology Innovation Zone Project 

More Information
  • 摘要:

    针对航天器多维安装在耦合情形下的标定问题,提出一种基于成像器观测的在轨标定方法,该方法有效克服了标定方程组的耦合非线性。首先,结合成像器观测的物理意义推导出其应满足的几何方程,并通过各机械机构的安装传递关系建立矢量方程,进而通过双矢量方式建立矩阵方程。其次,分析矩阵方程成立应当满足的必要条件,通过灵活运用"特征向量"的数学特性,对串联机械机构安装进行解耦,得出一种以成像器观测为基础的在轨标定数学方法,并将2维安装推广到n维安装的一般情形,给出标准的计算流程。最后,对标定方法进行了数学仿真验证,同时仿真分析了观测噪声对标定方法的影响,仿真结果表明灵活运用"特征向量"解耦标定的方法是有效的、准确的。

     

  • 图 1  航天器标定机构示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of spacecraft calibration mechanism

    图 2  仿真流程

    Figure 2.  Simulation process

    图 3  航天器三维轨迹

    Figure 3.  Three-dimensional trajectories of spacecraft

    图 4  A的标定误差随观测噪声变化

    Figure 4.  Variation of calibration error of A with observation noise

    图 5  C的标定误差随观测噪声变化

    Figure 5.  Variation of calibration error of C with observation noise

    图 6  J的标定误差随观测噪声变化

    Figure 6.  Variation of calibration error of J with observation noise

    表  1  恒星方位数据(J2000系下单位矢量)

    Table  1.   Stellar orientation data (unit vector in J2000 coordinate system)

    坐标 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次
    x 0.775 810 6 0.416 382 6 -0.440 612 21 -0.946 873 74 -0.384 996 277 0 0.372 642 24
    y 0.602 428 5 0.170 308 8 -0.728 514 67 -0.174 203 86 0.768 706 644 40 0.885 212 69
    z 0.187 610 4 0.893 095 9 0.524 525 74 -0.270 338 9 -0.510 752 348 5 -0.278 453 29
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    表  2  星点方位数据(观测器系下单位矢量)

    Table  2.   Star orientation data (unit vector in observer coordinate system)

    坐标 第1次 第2次 第3次 第4次 第5次 第6次
    x 0.984 807 75 0.766 044 443 0.5 0.939 692 62 0.642 787 60 0.866 025 4
    y 0.172 987 39 0.604 022 77 0.75 0.336 824 1 0.694 272 044 0.482 962 91
    z 0.015 134 43 0.219 846 31 0.433 012 70 0.059 391 174 0.323 744 370 0.129 409 52
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  • [1] LIKINS P W. Spacecraft attitude dynamics and control-a personal perspective on early developments[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1986, 9(2):129-134. http://cn.bing.com/academic/profile?id=91cc5be5385c4e3340c62cee5ef34a75&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [2] 李青.充液挠性系统动力学分析及在航天工程中的应用研究[D].北京: 清华大学, 2010: 50-75.

    LI Q.Dynamic analysis of liquid-filled flexible systems and its application studies on aerospace engineering[D].Beijing: Tsinghua University, 2010: 50-75(in Chinese).
    [3] ZOU A M, KUMAR K D.Adaptive attitude control of spacecraft without velocity measurements using Chebyshev neural network[J].Acta Astronautica, 2010, 66(5-6):769-779. doi: 10.1016/j.actaastro.2009.08.020
    [4] PECHEV C, ALEXANDRE N.Feedback-based steering law for control moment gyros[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2007, 30(3):848-855. doi: 10.2514/1.27351
    [5] ARDUINI C, BAIOCCO P.Active magnetic damping attitude control for gravity gradient stabilized spacecraft[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1997, 20(1):117-122.
    [6] 周军.航天器控制原理[M].西安:西北工业大学出版社, 2000:62-68.

    ZHOU J.Principle of spacecraft control[M].Xi'an:Press of Northwestern Polytechnical University, 2000:62-68(in Chinese).
    [7] 黄圳圭.航天器姿态动力学[M].长沙:国防科技大学出版社, 1997:7-23.

    HUANG Z G.Spacecraft attitude dynamics[M].Changsha:Press of National University of Defense Technology, 1997:7-23(in Chinese).
    [8] 刘俊, 石云波, 李杰.微惯性技术[M].北京:电子工业出版社, 2005:15-33.

    LIU J, SHI Y B, LI J.Micro inertia technology[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry, 2005:15-33(in Chinese).
    [9] ZHU R, ZHOU Z Y.Calibration of three-dimensional intergrated sensors for improved system accuracy[J].Sensors and Actuators, 2006, 127:340-344. doi: 10.1016/j.sna.2005.12.001
    [10] 刘秉, 闫建国.一种小型惯性测量单元的精确标定技术[J].计算机测量与控制, 2009, 17(11):2170-2172. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jsjzdclykz200911022

    LIU B, YAN J G.Precision-calibration technique for inertial measurement units[J].Computer Measurement and Control, 2009, 17(11):2170-2172(in Chinese). http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/jsjzdclykz200911022
    [11] SHUSTER M D, OH S D.Three-axis attitude determination from vector observations[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 1981, 4(1):70-77. http://cn.bing.com/academic/profile?id=c1f9fe8db26cea8a0636e3312c8ff40d&encoded=0&v=paper_preview&mkt=zh-cn
    [12] MARKLEY F L, MORTARI D.Quaternion attitude estimation using vector observations[J].Journal of the Astronautical Sciences, 2000, 48(2):359-380. http://d.old.wanfangdata.com.cn/NSTLQK/NSTL_QKJJ026104557/
    [13] LERNER G M.Three-axis attitude determination[J].Spacecraft Attitude Determination and Control, 1978, 73:420-428. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gfkjdxxb200105005
    [14] RENATO B, FABIO C.A robust optimization approach for magnetic spacecraft attitude stabilization[J].Journal of Optimization Theory and Applications, 2017, 173(3):994-1012. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=757e97ad51bcd874882efacf9c947869
    [15] CHAK Y C, VARATHARAJOO R, RAZOUMNY Y.Disturbance observer-based fuzzy control for flexible spacecraft combined attitude & sun tracking system[J].Acta Astronautica, 2017, 133:302-310. doi: 10.1016/j.actaastro.2016.12.028
    [16] STEVENSON D, SCHAUB H.Electrostatic spacecraft rate and attitude control-experimental results and performance considerations[J].Acta Astronautica, 2016, 119:22-33. doi: 10.1016/j.actaastro.2015.10.023
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-06-10
  • 录用日期:  2019-09-12
  • 网络出版日期:  2020-04-20

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