高分辨率光学卫星敏捷姿态控制技术

作者: 常琳 , 范国伟 , 杨秀彬 , 王绍举

出版社: 国防工业出版社

出版时间: 2019-06

版次: 1

ISBN: 9787118118254

定价: 72.00

装帧: 平装

开本: 其他

页数: 198页

字数: 222千字

分类: 自然科学

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本书从对地观测敏捷小卫星的姿态控制理论出发，对高性能姿控部件、姿态确定算法、姿态控制算法以及地面仿真技术等方面进行深入的分析。全书共分为七章，章对当前靠前外敏捷小卫星的发展情况进行了概述；第二章介绍了敏捷小卫星的姿态描述方法，并给出了面向控制需求的姿态动力学及运动学模型；第三章介绍了高性能的姿态测量部件，以及当前小卫星常用的姿态执行机构；第四章介绍了几种敏捷小卫星的在轨姿态确定算法，实现了卫星在轨的真实姿态测量和估计；第五章详细介绍了敏捷小卫星实现姿态快速机动及稳定控制的若干姿态控制算法；第六章针对以控常琳，博士，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，现任空间新技术研究室助理研究员，从事卫星姿态控制领域的研究工作。参与国家自然科学基金重点项目一项，国家自然科学基金青年基金项目一项，发表核心期刊论文15篇。章绪论1.1 敏捷型对地观测卫星发展现状1.1.1 敏感型卫星的成像模式1.1.2 典型的敏捷型卫星计划1.2 敏捷型对地观测卫星发展趋势参考文献第2章卫星姿态动力学及运动学模型2.1 引言2.2 姿态描述2.2.1 方向余弦阵2.2.2 欧拉角2.2.3 四元数2.2.4 罗德里格斯参数2.3 参考坐标系定义2.4 刚性卫星姿态动力学与运动学2.5 挠性卫星姿态动力学2.6 空间环境力矩模型2.6.1 重力梯度力矩2.6.2 地磁力矩2.6.3 气动力矩2.6.4 太阳光压力矩参考文献第3章卫星姿态测量部件及执行机构3.1 引言3.2 01/数字一体化太阳敏感器3.3 星敏感器3.4 磁力矩器3.5 反作用飞轮3.5.1 电流模式的模拟量数学模型3.5.2 采用数字电路后的数学模型3.6 控制力矩陀螺参考文献第4章卫星姿态确定技术4.1 引言4.2 双矢量定姿4.3 角速度积分定姿4.4 星敏感器和陀螺联合滤波定姿4.4.1 滤波状态变量及状态方程4.4.2 陀螺漂移误差模型4.4.3 状态方程线性化4.5 基于扩展卡尔曼滤波算法的姿态确定4.5.1 系统方程的建立4.5.2 测量方程的建立4.5.3 滤波器设计参考文献第5章卫星姿态控制技术5.1 引言5.2 PD+前馈补偿的控制方法5.3 基于递阶饱和的瞬时欧拉轴快速机动算法5.3.1 星体转动的误差角估计算法5.3.2 基于瞬时欧拉轴的机动控制器设计5.4 基于准滑模的快速机动控制5.4.1 SMC定义5.4.2 基于准滑模的快速机动控制设计5.4.3 SMC控制系统的稳定性分析5.5 基于LESO的准滑模快速机动控制5.5.1 算法设计5.5.2 稳定性分析5.5.3 仿真与分析5.6 基于终端滑模变结构的快速机动控制5.6.1 小型卫星姿态数学模型5.6.2 终端滑模控制方案设计5.6.3 仿真研究5.7 基于模型预测控制的卫星姿态控制5.7.1 面向状态预估的控制模型建立5.7.2 金字塔构型CMG群系统模型5.7.3 卫星姿态机动路径的三段式规划5.7.4 基于滚动时域优化的CMG群框架角速度跟踪律设计5.7.5 仿真与分析参考文献第6章控制力矩陀螺操纵律设计6.1 引言6.2 SGCMG的基本原理6.3 SGCMG的奇异原理6.3.1 SGCMG的奇异的定义6.3.2 SGCMG的角动量奇异面6.3.3 SGCMG的奇异面分类6.4 几种典型的操纵律及分析6.4.1 奇异回避操纵律6.4.2 奇异逃离操纵律6.4.3 混合操纵律6.4.4 力矩输出能力最优原理6.5 基于力矩输出能力最优的操纵律设计6.5.1 最优框架角速度的求取6.5.2 操纵律设计6.5.3 框架锁定现象分析6.5.4 力矩输出误差分析6.6 仿真与分析6.6.1 恒定力矩仿真6.6.2 星体大角度机动仿真6.7 基于高斯伪谱法的SGCMG最优轨迹规划6.7.1 轨迹规划中的连续最优控制问题6.7.2 高斯伪谱法基本原理6.7.3 自适应高斯伪谱法基本原理6.7.4 轨迹优化与分析参考文献第7章卫星姿态控制仿真技术7.1 引言7.2 全链路数学模型和STK显示成像系统设计与搭建7.2.1 数学仿真参数设计7.2.2 数学仿真系统框架设计7.2.3 全链路成像Simulink模型建立7.3 条带拼接成像姿态仿真与成像分析7.3.1 Simulink条带拼接成像仿真7.3.2 STK条带拼接成像仿真7.4 自适应微光凝视成像姿态仿真与成像分析7.4.1 Simulink自适应微光成像仿真7.4.2 STK自适应微光成像仿真7.5 钟摆式搜索成像姿态仿真与成像分析7.5.1 Simulink钟摆式搜索成像仿真7.5.2 STK钟摆式搜索成像仿真7.6 地面转台实验技术7.6.1 系统设计7.6.2 卫星全物理仿真系统功能及工作模式7.6.3 数学模型与全物理仿真实验参考文献
内容简介:
本书从对地观测敏捷小卫星的姿态控制理论出发，对高性能姿控部件、姿态确定算法、姿态控制算法以及地面仿真技术等方面进行深入的分析。全书共分为七章，章对当前靠前外敏捷小卫星的发展情况进行了概述；第二章介绍了敏捷小卫星的姿态描述方法，并给出了面向控制需求的姿态动力学及运动学模型；第三章介绍了高性能的姿态测量部件，以及当前小卫星常用的姿态执行机构；第四章介绍了几种敏捷小卫星的在轨姿态确定算法，实现了卫星在轨的真实姿态测量和估计；第五章详细介绍了敏捷小卫星实现姿态快速机动及稳定控制的若干姿态控制算法；第六章针对以控
作者简介:
常琳，博士，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，现任空间新技术研究室助理研究员，从事卫星姿态控制领域的研究工作。参与国家自然科学基金重点项目一项，国家自然科学基金青年基金项目一项，发表核心期刊论文15篇。
目录:
章绪论1.1 敏捷型对地观测卫星发展现状1.1.1 敏感型卫星的成像模式1.1.2 典型的敏捷型卫星计划1.2 敏捷型对地观测卫星发展趋势参考文献第2章卫星姿态动力学及运动学模型2.1 引言2.2 姿态描述2.2.1 方向余弦阵2.2.2 欧拉角2.2.3 四元数2.2.4 罗德里格斯参数2.3 参考坐标系定义2.4 刚性卫星姿态动力学与运动学2.5 挠性卫星姿态动力学2.6 空间环境力矩模型2.6.1 重力梯度力矩2.6.2 地磁力矩2.6.3 气动力矩2.6.4 太阳光压力矩参考文献第3章卫星姿态测量部件及执行机构3.1 引言3.2 01/数字一体化太阳敏感器3.3 星敏感器3.4 磁力矩器3.5 反作用飞轮3.5.1 电流模式的模拟量数学模型3.5.2 采用数字电路后的数学模型3.6 控制力矩陀螺参考文献第4章卫星姿态确定技术4.1 引言4.2 双矢量定姿4.3 角速度积分定姿4.4 星敏感器和陀螺联合滤波定姿4.4.1 滤波状态变量及状态方程4.4.2 陀螺漂移误差模型4.4.3 状态方程线性化4.5 基于扩展卡尔曼滤波算法的姿态确定4.5.1 系统方程的建立4.5.2 测量方程的建立4.5.3 滤波器设计参考文献第5章卫星姿态控制技术5.1 引言5.2 PD+前馈补偿的控制方法5.3 基于递阶饱和的瞬时欧拉轴快速机动算法5.3.1 星体转动的误差角估计算法5.3.2 基于瞬时欧拉轴的机动控制器设计5.4 基于准滑模的快速机动控制5.4.1 SMC定义5.4.2 基于准滑模的快速机动控制设计5.4.3 SMC控制系统的稳定性分析5.5 基于LESO的准滑模快速机动控制5.5.1 算法设计5.5.2 稳定性分析5.5.3 仿真与分析5.6 基于终端滑模变结构的快速机动控制5.6.1 小型卫星姿态数学模型5.6.2 终端滑模控制方案设计5.6.3 仿真研究5.7 基于模型预测控制的卫星姿态控制5.7.1 面向状态预估的控制模型建立5.7.2 金字塔构型CMG群系统模型5.7.3 卫星姿态机动路径的三段式规划5.7.4 基于滚动时域优化的CMG群框架角速度跟踪律设计5.7.5 仿真与分析参考文献第6章控制力矩陀螺操纵律设计6.1 引言6.2 SGCMG的基本原理6.3 SGCMG的奇异原理6.3.1 SGCMG的奇异的定义6.3.2 SGCMG的角动量奇异面6.3.3 SGCMG的奇异面分类6.4 几种典型的操纵律及分析6.4.1 奇异回避操纵律6.4.2 奇异逃离操纵律6.4.3 混合操纵律6.4.4 力矩输出能力最优原理6.5 基于力矩输出能力最优的操纵律设计6.5.1 最优框架角速度的求取6.5.2 操纵律设计6.5.3 框架锁定现象分析6.5.4 力矩输出误差分析6.6 仿真与分析6.6.1 恒定力矩仿真6.6.2 星体大角度机动仿真6.7 基于高斯伪谱法的SGCMG最优轨迹规划6.7.1 轨迹规划中的连续最优控制问题6.7.2 高斯伪谱法基本原理6.7.3 自适应高斯伪谱法基本原理6.7.4 轨迹优化与分析参考文献第7章卫星姿态控制仿真技术7.1 引言7.2 全链路数学模型和STK显示成像系统设计与搭建7.2.1 数学仿真参数设计7.2.2 数学仿真系统框架设计7.2.3 全链路成像Simulink模型建立7.3 条带拼接成像姿态仿真与成像分析7.3.1 Simulink条带拼接成像仿真7.3.2 STK条带拼接成像仿真7.4 自适应微光凝视成像姿态仿真与成像分析7.4.1 Simulink自适应微光成像仿真7.4.2 STK自适应微光成像仿真7.5 钟摆式搜索成像姿态仿真与成像分析7.5.1 Simulink钟摆式搜索成像仿真7.5.2 STK钟摆式搜索成像仿真7.6 地面转台实验技术7.6.1 系统设计7.6.2 卫星全物理仿真系统功能及工作模式7.6.3 数学模型与全物理仿真实验参考文献

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