超低轨卫星气动参数及转动惯量在轨实时辨识.pdf

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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI第29卷2012年第5期文章编号：1006—1630(2012)05—0020—05超低轨卫星气动参数及转动惯量在轨实时辨识党朝辉，项军华(国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：给出了超低轨卫星气动参数和转动惯量的在轨实时辨识方法。针对超低轨卫星所处的稀薄流环境，建立了镜面一漫反射模型稀薄流散射系数的傅里叶级数模型。根据卫星姿态动力学与运动学方程推导了傅里叶级数模型中各气动参数以及卫星转动惯量的线性观测模型。以采用气动主动控制方式的近地圆轨道纳星为仿真对象，用递推最小二乘法进行在轨实时辨识，辨识结果与设定值

2、一致。方法对卫星在轨实时控制时需获取高精度的气动力矩和卫星真实转动惯量有重要的意义。关键词：超低轨卫星；气动参数；转动惯量；实时辨识‘中图分类号：0231文献标志码：AReal—TimeIdentificationofPneumaticParametersandInertiaMomentforUltra-LOW0rbitSatelliteDANGZhao—hui．XIANGJun—hua(CollegeofAerospaceandMaterialEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnology，Changsha410073，

3、Hunan，China)Abstract：Areal—timeidentificationmethodofpneumaticparametersandinertiamomentfortheultra—loworbitsatellitewasputforwardinthispaper．TheFourierseriesmodelofaccommodationcoefficientwithintimeofthemirrordiffusereflectionmodelintheenvironmentofrarefiedgaswasestablished．The1inearobser

4、vationmodelofthepneumaticparametersandinertiamomentofthesatelliteinFourierseriesmodelwasdeducedbasedontheattitudedynamicandkinematicequation．Thereal—timedeterminationonorbitusingrecursiveleastsquaremethodwassimulatedforalowearthcircleorbitsatelliteusingpneumaticactivecontro1．Theresultswere

5、consistentwiththetheoreticalanalysis．Thismethodcouldbeusedinthesituationwhichneededthehighprecisioncalculatingofaerodynamicsandtrueinertiamoment．Keywords：Ultra-loworbitsatellite；Pneumaticparameter；Inertiamoment；Real—timeidentification0引言动力矩进行卫星姿态主动控制方案。目前，多数研随着针对快速响应空间的各种空间计划的提究卫星气动稳定的方案将稀

6、薄流下的散射系数作为出，国外对超低轨道卫星气动稳定性的研究越来越已知常值，而实际上散射系数是来流入射角、来流速重视，而国内的研究却非常少。超低轨道一般指高度、来流温度，以及作用面当地温度的函数。当卫星度在200km及以下的卫星轨道，其显著特点是稀在轨运行时，由于太阳辐射角度的不断变化，其表面薄流影响下卫星所受的气动力矩不可忽略。传统温度也在不断变化，导致散射系数随时间不断变动。’上，气动力矩一般被视作干扰力矩，但也有用于被动为准确分析卫星的气动力，需在轨实时辨识散射系或辅助姿态稳定。近年来，文献[2]等提出了利用气数。本文用一种级数展开将散射系数表示成卫星轨道角速度和时间的

7、傅里叶级数函数，通过辨识相应收稿日期：2010—06—12；修回日期：2010—07—07的级数系数从而获取散射系数的方法进行了研究，作者简介：党朝辉(1986一)，男，硕士生，主要研究方向为飞行器系统动力学与控制。并对卫星转动惯量进行了辨识。第29卷2012年第5期党朝辉，等：超低轨卫星气动参数及转动惯量在轨实时辨识1姿态动力学模型fF一(2一a)pvAnsin。；【F一apvAvcosflsin1．1坐标系定义式中：P为大气密度；为来流速度；A为气动板面令Oxz为参考坐标系，O-xyz为卫星体坐标积l_1]。设