带挠性附件卫星质量特性参数在轨辨识研究

摘要

地面试验的方法测量卫星质量特性参数存在着成本高，精度低，质量特性参数在轨变化无能为力等问题。在轨辨识则可以解决这些问题。传统的卫星质量特性参数在轨辨识研究均是将卫星视为刚体，没有考虑挠性附件振动对质量特性参数辨识的影响。而随着卫星携带的挠性附件越来越大，卫星的大型挠性附件振动对卫星的质量特性参数在轨辨识的影响不可忽略。因此开展带挠性附件卫星质量特性参数在轨辨识研究，不仅可以准确得知卫星的质量特性参数，还可以为卫星控制系统的设计与调整提供参考依据，具有重要的应用价值。
　　针对带挠性附件卫星质量特性参数在轨辨识的问题，本文的主要内容主要包括以下几部分:
　　(1)研究了刚体卫星质量特性参数辨识的方法。刚体卫星质量特性参数辨识的研究是带挠性附件卫星质量特性参数辨识研究的基础，利用递推最小二乘法和多变量并发递推最小二乘法实现了刚体卫星单个或多个质量特性参数的辨识。
　　(2)研究了卫星小角度机动情况下，卫星挠性附件振动对质量特性参数辨识的影响，并提出了带挠性附件卫星质量特性参数辨识的递推算法。算法首先推导了质量特性参数的最小二乘描述形式，之后利用卡尔曼滤波算法推导了挠性附件振动模态的状态估计，最后将质量特性参数的最小二乘描述形式和挠性附件振动模态的卡尔曼滤波相结合，形成了完整的递推算法。仿真算例验证了卫星挠性附件振动对质量特性参数辨识的影响和文中递推算法的有效性。
　　(3)研究了卫星大角度机动情况下，带挠性附件卫星质量特性参数的辨识算法。当卫星大角度机动情况时，卫星的动力学模型存在非线性，本文提出的最小二乘和卡尔曼滤波相结合的并发递推算法并不适用。针对这一问题，本文提出了基于扩展卡尔曼滤波的带挠性附件卫星质量特性参数的辨识算法。仿真算例的结果证明了利用扩展卡尔曼滤波算法辨识带挠性附件卫星质量特性参数是有效的。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 课题来源

1．1．2 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外卫星质量特性参数研究现状

1．2．2 国内卫星质量特性参数研究现状

1．2．3 调研结论

1．3 本文主要内容

2 带挠性附件卫星的动力学模型

2．1 卫星坐标系的定义

2．2 带挠性附件卫星的动力学建模

2．2．1 卫星平移运动方程

2．2．2 卫星转动运动方程

2．2．3 卫星挠性附件的运动方程

2．2．4 带挠性附件卫星动力学方程

2．3 小结

3 刚体卫星质量特性参数在轨辨识研究

3．1 动力学模型

3．2 最小二乘法辨识卫星质量特性参数

3．2．1 最小二乘法原理

3．2．2 质量特性参数辨识

3．3 多变量并发递推最小二乘法辨识卫星质量特性参数

3．3．1 多变量并发递推最小二乘法原理

3．3．2 质量特性参数辨识

3．4 仿真算例

3．4．1 算例模型

3．4．2 质心位置辨识

3．4．3 转动惯量矩阵辨识

3．4．4 质心位置和转动惯量矩阵的同时辨识

3．5 小结

4 小角度机动情况下带挠性附件卫星质量特性参数辨识

4．1 动力学模型

4．2 卡尔曼滤波算法原理

4．3 带挠性附件卫星质量特性参数在轨辨识的并发递推算法

4．3．1 转动惯量的最小二乘描述形式

4．3．2 挠性附件振动模态的状态估计

4．3．3 转动惯量的并发递推算法

4．4 仿真算例

4．4．1 算例模型

4．4．2 算法有效性验证

4．4．3 算法抗干扰性验证

4．5 小结

5 大角度机动情况下带挠性附件卫星质量特性参数辨识

5．1 动力学模型

5．2 扩展卡尔曼滤波算法原理

5．3 扩展卡尔曼滤波辨识质量特性参数

5．3．1 刚体卫星质量特性参数的辨识

5．3．2 带挠性附件卫星质量特性参数的辨识

5．4 仿真算例

5．5 小结

6 卫星质量特性参数辨识软件的开发

6．1 软件设计思路

6．2 软件操作界面

6．3 算例演示

6．3．1 刚体卫星质量特性参数的辨识

6．3．2 带挠性附件卫星质量特性参数的辨识

6．4 小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢