【正文】 度也比較高。所以本論文主要是以卡爾曼濾波 器為 設(shè)計主軸?？柭鼮V波器簡介? 簡單來說，卡爾曼濾波器是一個「 optimalrecursivedataprocessingalgorithm（最優(yōu)化自回歸數(shù)據(jù)處理算法）」?？柭鼮V波器已經(jīng)廣泛 應(yīng)用 超過 30年，包括機器人導(dǎo)航，控制，傳感器數(shù)據(jù)融合，甚至在 軍事 方面的雷達(dá)系統(tǒng)以及導(dǎo)彈追蹤等等。? 近年來更被應(yīng)用於計算機圖像處理，例如：頭臉識別，圖像分割 ，圖像 邊緣檢測等等。自 1982年開始有人將卡爾曼濾波的理論運用 在衛(wèi)星 的姿態(tài)估測上。在此先介紹卡爾曼濾波理論裡運用到的公式與 理論 ，而後再將理論推廣至擴張卡爾曼濾波器因為卡爾曼濾波器無法 適用 於非線性系統(tǒng) 上? 衛(wèi)星 的動態(tài)方程屬於非性線系統(tǒng)，擴張卡爾 曼濾 波器就是為了克服這個缺點所發(fā)展出來的理論。結(jié)論與未來展望? 本論文主要是要以卡爾曼濾波的理論來進行估算衛(wèi)星的姿態(tài) 是否 能經(jīng)由控制器來控制衛(wèi)星姿態(tài)來達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)。在經(jīng)過前面各 章節(jié) 的推導(dǎo)後，已經(jīng)可以成功的估算控制器並符合規(guī)範(fàn) 。? 選擇 卡爾曼 濾波 理論來進行估算的主要的原因為卡爾曼濾波理論所估算出來的 結(jié)果 是最接近真實物理狀況，經(jīng)由調(diào)整系統(tǒng)誤差與量測誤差可以得到 很接近 真實狀況的模型。? 卡爾曼濾波理論另ㄧ個優(yōu)點就是可以建立一個模糊的系統(tǒng) 模型 ，即不一定要知道系統(tǒng)全部的資訊，可以先建立一較簡單系統(tǒng) 模型再 經(jīng)由卡爾曼濾波理論來建立精確的系統(tǒng)模型 。? 卡爾 曼濾波理論要能進行估算需要量測誤差與系統(tǒng)誤差。量測 誤差 是基於量測器所得到，但是在本篇論文中是直接給一個理論的量 測誤差 ，並沒有考慮真實狀況的量測器是否能符合設(shè)計；此外當(dāng)量測 器失效 時要如何來進行估算的工作，亦是未來研究之議題。參考文獻(xiàn)? 逢甲大學(xué)航太與系統(tǒng)工程學(xué)系碩士論文 研 究 生：楊士徹? 淡江大學(xué)機械與機電工程學(xué)系碩士班 碩士論文 研究生：許丁元 裕淵定稿? ? 2022中華民國航太學(xué)會學(xué)術(shù)研討會國立成功大學(xué)，國家太空中心 ? 國立中央大學(xué)機械工程研究所碩士論文 研 究 生：莊 金 剛陳建榕 497370444張凱 茗 497370345期末專題 微衛(wèi)星姿態(tài)組太陽感測器? 紫外線感測器是一種專門用來檢測紫外線的光電器件。它對紫外線特別敏感 ﹐ 尤其對木材 ﹑ 化纖織物﹑ 紙張 ﹑ 油類 ﹑ 塑料橡膠和可燃?xì)怏w等燃燒時產(chǎn)生的紫外光反應(yīng)特別強烈。? 紫外線感測器的陰極和陽極之間加有電壓 ﹐ 當(dāng)紫外線透過石英玻璃管照在陰極時 ﹐ 由於陰極上涂敷有電子放射物質(zhì) ﹐ 陰極就會發(fā)射光電子 ﹐ 在強電場的作用下 ﹐ 光電子被吸向陽極 ﹐ 光電子高速運動時與管內(nèi)的氣體分子相碰撞而使氣體分子電離 ﹐ 氣體電離產(chǎn)生的電子再與氣體分子相碰撞 ﹐ 最終使陰極和陽極間被大量的光電子和離子所充斥 ﹐ 引起光放電現(xiàn)象 ﹐ 電路中形成很大的電流。衛(wèi)星工程姿態(tài)感測器 種類? ? ? ? 器等多種太陽感測器原理與 模型? 以太陽為基準(zhǔn)方位，用以測量太陽光線與星體內(nèi)某一預(yù)定軸或座標(biāo)面之間的夾角，太陽感測器的觀測也可以設(shè)計為幾分的小視野 128度 x128度的大視野，分辨率可以達(dá)到秒的量極，太陽感測器分 3類 ： 式太陽感測 器 太陽方位感測 器 出現(xiàn)感測器太陽出現(xiàn)感測器? 太陽出現(xiàn)感測器是用來指示太陽是否出現(xiàn)在感測器的視野內(nèi)。在自旋穩(wěn)定衛(wèi)星上使用太陽出現(xiàn)感測器，便可以量測出太陽光與自旋軸 之間的夾角類比式太陽方位感測器? 為兩個性能相同的光電測量元件所組成，當(dāng)太陽入射角等於 90度時，光線正好照在兩片元件的縫隙中，且輸出電流之差等於零，兩度等於 90度，輸出電流亦不等於零。數(shù)位式太陽感測器? 數(shù)位式太陽感測器其輸出訊號為離散訊號，其量測原理為利用預(yù)先設(shè)置於感應(yīng)區(qū)中排列好之編碼盤直接求得太陽的方位。感測器性能比較感測器類型 優(yōu)點 缺點地球感測器 適用於低軌道衛(wèi)星信號強輪廓清楚分析方便一般需要掃描機構(gòu)需要防止太陽干擾精度約 太陽感測器 (TUUSAT1A使用 )信號源強輪廓清楚功率低 ,質(zhì)量輕有陰影區(qū)精度約 恆星感測器 精度約 視場不受限制不受軌道影響信號弱 ,結(jié)構(gòu)複雜 ,成本高要防止太陽干擾 ,恆星識別複雜磁場感測器 成本低 ,消耗功率低對低軌道衛(wèi)星靈敏度高姿態(tài)精度 =~3度受軌道影響大在星體 內(nèi) 要進行清潔慣性感測器 自主性強不受軌道影響有限時間 內(nèi) 精度高在星體上容易實現(xiàn)易於飄移有高速旋轉(zhuǎn)零件 ,易於磨損功率大 ,質(zhì)量大 太陽感測器 (Sun sensor)? 我們利用太陽能板當(dāng)作太陽方位感測器的方法。由於這個方法是利用已有的太陽能板獲得的電流來計算太陽方位角 ,因此可以省去購買姿態(tài)感測器的預(yù)算及電能功率的損耗 ,以下我們將介紹利用太陽能板電流計算太陽方位角的運算方法。? 上圖表示兩太陽能板組裝的幾何外形 ,理想的太陽能板產(chǎn)生電流 可由圖示得知 :由於 TUUSAT1星上電腦功率受限制 ,三角函數(shù)的計算是不被允許的 ,因此算式必須 加以線性化以估算出太陽的方位角及俯仰角。TUUSAT1有六面太陽能板 ,因此我們可以將所生的電流分成 12個線性區(qū)域 ,由於之前的運算過程裡使用線性化的方法 ,將產(chǎn)生方位角估測的誤差 , 判斷 方位角並將誤差最小化的方法為首先判斷哪一面太陽能板的電流最大 ,則該面是最正對太陽的一面 。接著比較該面附近三個線性區(qū)域的值 ,然後取最接近三者平均的值 ,這個方法所得到的誤差約在 7度以內(nèi)。衛(wèi)星資料不中斷? 我們所使用三組不同的 2vector判定法則如下 :? 第一組法則 地球磁場與太陽方向向量? 第二組法則 地球磁場與天底向量? 第三組法則 天底向量與太陽方向向量由於衛(wèi)星在軌道上? 運行時，會有背光面與向光面的問題，在衛(wèi)星運行到背光面的時候，將會使的太陽感測器無法正常運作，必須要等到太陽感測器運行到向光面的時候，才有辦法提供太陽方位資料，對於利用太陽感測器來進行姿態(tài)判定的衛(wèi)星，將會有特定背光時間無法得知衛(wèi)星姿態(tài)。由於我們利用了三組判定法則，當(dāng)衛(wèi)星在背光面時雖然第一法則與第三法則將無法正常運作，但我們能然可由第二法則得到衛(wèi)星的三軸姿態(tài)資料，確保姿態(tài)資料不間斷。太陽感測器 (推導(dǎo) )? 我們利用太陽能板當(dāng)作太陽方位感測器的 方法。這個方法是利用已有的太陽能板獲得的電流來計算太陽方位角 ,以下我們將介紹利用 太陽能 板電流計算太陽方位角的運算方法。? 由每個太陽能板產(chǎn)生的電流 ,可以建立太陽感測器的運算法模型? 如下 :可由圖示我們可以得知各太陽能板的 I:?由於 TUUSAT1星上電腦功率受限制 ,三角函數(shù)的計算是不被允許的 ,因此算式必須加以線性化以估算出太陽的方位角及俯仰角。?首先 取 AZ=θ0 所以 cos(AZθ0)=1andsin(AZθ0)=AZθ0 經(jīng)由 和差化 積運算結(jié)果 : IA/IAO=cos(EL)[cos(θ0)(AZθ0)sin(θ0)] IB/IBO=cos(EL)[cos(θ0)+(AZθ0)sin(θ0)]再令 I(＊ )如下 :代 入前式計算可以得到 :TRIAD 演算法? 在三軸姿態(tài)計算上有 TRIAD演算法、 QUEST、以及 SVD演算法三種方法，在此描述說明 TRIAD演算法方法。? 在三軸姿態(tài)判定的問題中，需要求得一姿態(tài)矩陣 A，使其滿足(1)? 其中 Vi?為某一參考體在地球參考座標(biāo)或慣性座標(biāo)中之方向向量，例如從地球上觀測到太陽、恆星等的方位或者地球磁場分佈等，為一已知的單位方向向量； Wi?為在衛(wèi)星附體座標(biāo)中所量測到參考體的單位方向向量，而 n為測量個數(shù)。? 而在（ 1）式中，若 n=2時可用一個較簡單的演算法將姿態(tài)矩陣求出，此方法即為 TRIAD演算法。今將兩組分別從附體座標(biāo)及慣性座標(biāo)所量測參考體的方位值來做計算，給兩組不平行的單位向量，假設(shè) W1?,W2?為從附體座標(biāo)量得參考物的單位方向向量， V1?,V2?為對應(yīng) W1?,W2?從慣性座標(biāo)量得的單位方向向量；即 n=2由（ 1）式可得(2)? 分別可由 V1?,V2?與 W1?,W2?產(chǎn)生兩組正交座標(biāo) R,S，其正交基底向量 ri?,si?分別為(3)(4)? 在此兩組正交座標(biāo) R,S中，存在一唯一的正交矩陣 A滿足? 正交矩陣所以? 分別將 si? 及 ri? 合成為(5)(6)? 則（ 6）式可寫為? 所得到的 A即為所欲求的姿態(tài)矩陣。但只有在 V1?V2?=W1?W2?之充要條件下才能滿足（ 1）式。? 因為此法沒有考慮量測值誤差，所以所求的姿態(tài)準(zhǔn)確性完全決定於量測值的誤差量。因此在沒有精確感測器的衛(wèi)星，使用 TRIAD演算法判定姿態(tài)會有較大的誤