微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计（

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1、微纳卫星姿态确定与控制半实物仿真系统设计*收稿日期：2016-01-20基金资助：国家自然科学基金资助项目（11302253），国防科技大学科研计划项目（ZK16-03-20）作者简介：绳涛（1979－），男，陕西高陵人，副研究员，博士，E-mail：st_2014@sina.com.白玉铸（1982-）（通讯作者），男，内蒙古扎兰屯人，讲师，博士，E-mail：baiyuzhu@hotmail.com绳涛，白玉铸，何亮，冉德超，赵勇（国防科技大学航天科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：航天器姿态控制系统需要特殊的运行环境，在地面很

2、难考核，这给系统可靠性带来一定的风险。本文针对微纳卫星的特点，设计并研制了一套面向微纳卫星的姿态确定与控制半实物仿真系统。该系统通过数字化模型模拟卫星姿态轨道运动，敏感器模型产生敏感器测量数据，执行器模型生成控制力矩，敏感器模拟器实现通信协议，最终实现姿态控制系统的全系统仿真。这套系统可以接入卫星控制系统回路，实现对姿控系统软件、硬件进行考核，同时对算法性能进行验证。基于该系统对天拓三号卫星姿控系统进行地面半实物仿真，并对比在轨试验数据表明系统设计合理，仿真结果可信。关键词：微纳卫星；姿态控制系统；半实物仿真；天拓三号中图分类号：TP316

3、文献标志码：A　　　文章编号：Designofsemi-physicalsimulationformicro/nano-satelliteattitudedeterminationandcontrolSHENGTao,BAIYuzhu，HELiang,RANDechao,ZHAOYong(CollegeofAerospaceScienceandEngineering,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha,410073China）Abstract:Attitudecontrolsyste

4、mrequiresspecialworkingenvironment,soitishardtoactualizeontheground,whichhasbroughtacertainreliabilityrisktosatellite.Inthispaper,asetofsemi-physicalsimulationsystemforattitudedeterminationandcontrolisdesignedandimplementedaccordingtothecharacteristicsofmicro/nano-satellit

5、e.Digitalmodelsimulatessatelliteattitudeandorbitmotion,sensormodelgeneratesmeasureddata,actuatormodelgeneratescontroltorque,sensorsimulatorrealizescommunicationprotocolandfinallyrealizeswholesystemsimulation.Thesystemcanbeconnectedinthesatellitecontrolsystemlooptoassesssof

6、twareandhardwareoftheattitudecontrolsystemandverifytheperformanceofthealgorithm.ThesystemhasbeenappliedtovalidatetheattitudecontrolsystemofTianTuo-3(TT-3)ingroundsimulationandcomparingwiththeon-orbitperformanceshowsthatdesignofsystemisreasonableandresultofsimulationiscredi

7、ble.Keywords:micro/nano-satellite;attitudecontrolsystem;semi-physicalsimulation;TianTuo-3微纳卫星具有体积小、质量轻、成本低、研发周期短等特点，是航天领域一个新兴的发展方向[1]。随着微纳卫星技术的逐渐成熟和应用范围不断扩展，对卫星平台的性能，特别是姿态指向精度和稳定度的要求越来越高。姿态确定与控制系统（AttitudeDeterminationandControlSystem—ADCS）是卫星上部组件最多、算法最复杂的分系统，同时也是故障概率最高的分系

8、统。卫星姿态确定与控制部组件和控制算法运行需要特殊的轨道和重力环境，在地面很难真实模拟和全面考核[2]。ADCS地面验证通常依赖于数值仿真和实物仿真两种方法进行。数值仿真基于仿真