基于星敏感器和陀螺的组合定姿方法研究

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1、澇料謂我衫＿硕士学位论文＿基于星敏感器和陀螺的组合定姿方法研究作者姓名李斐然指导教师姓名、职称王柯俨副教授申请学位类别工学硕士１基于星敏感器和陀螺的组合定姿方法研究作者姓名李斐然指导教师姓名、职称王柯俨副教授申请学位类别工学硕士学校代码10701学号1501120208分类号V448.2密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于星敏感器和陀螺的组合定姿方法研究作者姓名：李斐然一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：王柯俨副教授学院：通信工程学院提交日期：2018年6月Researchont

2、heCombinedAttitudeDeterminationMethodBasedonStarSensorandGyroAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformationSystemsByLiFeiranSupervisor:WangKeyanTitle:AssociateProfessorJune2018西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严

3、谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，。尽我所知除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果也不包含；为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同事对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处一，本人承担切法律责任。本人签名：苓ｊ免日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研宄

4、生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影、印缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研究成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。本人签名：絲乾导师签名：．上洛．日期：日期：摘要摘要星敏感器和陀螺仪是高精度姿态测量设备，它们配置在遥感卫星上能够获取卫星影像摄影瞬间的姿态信息，是实现无地面控制条件下的高精度目标定位的重要保证。随着遥感卫星目标定位精度的不断提高，需要越来越高的姿态确定精

5、度。本文以利用星敏感器和陀螺仪测量数据获取高精度姿态信息为目标，重点研究了星敏感器和陀螺组合定姿技术中的关键算法，采用仿真试验数据进行了大量试验。论文完成的工作和主要创新包括：（1）梳理了星敏感器和陀螺仪的发展现状，介绍了星敏感器和陀螺组合定姿算法中动态滤波估计算法的基本原理，分析了扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波、非线性预测滤波、粒子滤波等典型状态估计滤波算法的特点并对各个滤波算法的近年来的研究进展进行介绍。（2）介绍了卫星轨道参数及姿态确定涉及的基本坐标系统，分析了两种典型的姿态描述方法包括欧拉角描述法及四元数描述法的特点并分别研究了基于欧拉角和基于四元数的

6、姿态运动学方程。而后分析了星敏感器和陀螺数据仿真的基本原理，设计了基于卫星轨道参数的星敏感器和陀螺数据仿真的实现流程，并制作了仿真数据。（3）研究了扩展卡尔曼滤波算法的基本原理和特点，设计并实现了基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器和陀螺组合定姿算法，构建了状态方程和量测方程，开展了不同精度及频率的星敏感器和陀螺组合定姿试验，分析了星敏感器和陀螺的精度及频率对定姿精度的影响，提高星敏感器测量精度或者提高陀螺频率和精度均能明显改善组合定姿的精度。（4）介绍了无迹卡尔曼滤波算法的基本原理，分析了无迹卡尔曼滤波的特点，设计了基于无迹卡尔曼滤波的星敏感器和陀螺组合定姿的实现流

7、程，开展了不同精度及频率的星敏感器和陀螺组合定姿试验。对比分析了基于扩展卡尔曼滤波和基于无迹卡尔曼滤波的星敏感器和陀螺组合定姿算法，由仿真试验结果分析可知，这两种滤波算法都具有较好的滤波稳定性和较为理想的定姿精度，其中基于无迹卡尔曼滤波方法的收敛速度更快，精度更高，具有良好的应用前景。关键词：姿态确定，星敏感器，陀螺仪，扩展卡尔曼滤波，无迹卡尔曼滤波IABSTRACTABSTRACTStarsensorsandgyroscopesarehigh-precisionattitudemeasurementequipment.Theyaredeployedonrem

8、otesensingsatellite