Estimation of Pico-Satellite Attitude Dynamics and External Torques via Unscented Kalman Filter

Abstract

Normal 0 21 faux faux faux TR X-NONE X-NONE Dans cette étude, un algorithme de filtre de Kalman non parfumé (UKF) est conçu pour estimer l'attitude d'un picosatellite et les couples de perturbation externes en orbite. Le vecteur d'estimation est formé par l'attitude du satellite, les vitesses angulaires et les composantes constantes inconnues des couples de perturbation externes agissant sur le satellite. Le couple de gradient de gravité, le moment magnétique résiduel, la pression du rayonnement solaire et la traînée aérodynamique sont tous inclus dans le vecteur de couple de perturbation externe estimé. Le satellite a des magnétomètres et des gyroscopes à bord comme capteurs d'attitude. En raison de la dynamique non linéaire inhérente et du modèle de mesure non linéaire, l'UKF, qui est une version non linéaire du filtre de Kalman, est sélectionné comme algorithme de filtre. La performance de l'algorithme proposé est démontrée via des simulations pour un pico-satellite pico cubique et les résultats sont analysés pour différents scénarios. /* Définitions de style */ table.MsoNormalTable {mso-style-name :"Normal Tablo" ; mso-tstyle-rowband-size :0 ; mso-tstyle-colband-size :0 ; mso-style-noshow :oui ; mso-style-priority :99 ; mso-style-qformat :oui ; mso-style-parent :"" ; mso-padding-alt :0cm 5.4pt 0cm 5.4pt ; mso-para-margin :0cm ; mso-para-margin-bottom : .0001pt ; mso-pagination : widow-orphan ; font-size : 11.0pt ; font-family :"Calibri","sans-serif" ; mso-ascii-font-family :Calibri ; mso-ascii-theme-font :minor-latin ; mso-fareast-font-family :"MS Mincho" ; mso-fareast-theme-font : minor-fast ; mso-hansi-font-family :Calibri ; mso-hansi-theme-font :minor-latin ; mso-bidi-bont-family :"Times" Roman ; mso-bidime-font : minor-font ;}Normal 0 21 falso falso falso TR X-NONE X-NONE En este estudio, se diseña un algoritmo de filtro Kalman sin perfume (UKF) para estimar la actitud de un picosatélite y los pares de perturbación externa en órbita. El vector de estimación está formado por la actitud del satélite, las tasas angulares y los componentes constantes desconocidos de los pares de perturbación externa que actúan sobre el satélite. El par de gradiente de gravedad, el momento magnético residual, la presión de radiación solar y la resistencia aerodinámica están incluidos en el vector de par de perturbación externa estimado. El satélite tiene magnetómetros y giroscopios a bordo como sensores de actitud. Debido a la dinámica no lineal inherente y al modelo de medición no lineal, el UKF, que es una versión no lineal del filtro Kalman, se selecciona como el algoritmo de filtro. El rendimiento del algoritmo propuesto se demuestra a través de simulaciones para un pico-picosatélite cúbico y los resultados se analizan para diferentes escenarios. /* Definiciones de estilo */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Normal Tablo"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom: .0001pt; mso-pagination: widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"MS Mincho"; mso-fareast-theme-font: minor-fare; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bont-family:"New" Roman-bid: "; mso-bont:" minor-bontidi}}NORMAL 0 21 FALSE FALSE TR X - NONE X - NONE في هذه الدراسة، تم تصميم خوارزمية مرشح كالمان غير معطر (UKF) لتقدير موقف قمر صناعي بيكو وعزم الدوران الخارجي للاضطراب في المدار. يتكون متجه التقدير من موقف القمر الصناعي، والمعدلات الزاوية، والمكونات الثابتة غير المعروفة لعزم الدوران الخارجي للاضطراب الذي يعمل على القمر الصناعي. يتم تضمين عزم دوران تدرج الجاذبية والعزم المغناطيسي المتبقي وضغط إشعاع الشمس والسحب الديناميكي الهوائي في متجه عزم الدوران الخارجي المقدر للاضطراب. يحتوي القمر الصناعي على مقاييس مغناطيسية وجيروسكوبات على متن الطائرة كمستشعرات للموقف. بسبب الديناميكيات غير الخطية المتأصلة ونموذج القياس غير الخطي، يتم اختيار UKF، وهو نسخة غير خطية من مرشح كالمان، كخوارزمية المرشح. يتم عرض أداء الخوارزمية المقترحة من خلال عمليات المحاكاة للقمر الصناعي بيكو بيكو المكعب ويتم تحليل النتائج لسيناريوهات مختلفة. /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso - style name:"Normal Tablo "؛ mso - style - rrowband - size: 0 ؛ mso - style - colband - size:0 ؛ mso - style - noshow: yes ؛ mso - style - priority: 99 ؛ mso - style - qformat: yes ؛ mso - style - parent: "" ؛ mso - padding - alt: 0cm 5.4pt 0cm 5.4pt ؛ mso - para - margin: 0cm ؛ mso - para - margin - bottom: .0001pt ؛ mso - tagination: widow - oran ؛ font - size: 11.0pt ؛ font - family:" Calibri "،" sans - serif "؛ mso - ascii - font - family: Calibri ؛ mso - ascii - theme - font: minor - latin ؛ mso - fare - font - font: mso - font: mso - font: mso - fare - font: mso - font ؛ mso - font: mso - font: mso - font: mso - font: ms - fonti - fonti - font ؛ msoi - font: mso - font: mso - fontili: mso - fontily ؛ mso - mso - fontily: mso - mso - mso - font.Normal 0 21 false false false TR X-NONE X-NONE In this study, an Unscented Kalman Filter (UKF) algorithm is designed for estimating the attitude of a picosatellite and the in-orbit external disturbance torques.The estimation vector is formed by the satellite's attitude, angular rates, and the unknown constant components of the external disturbance torques acting on the satellite. The gravity gradient torque, residual magnetic moment, sun radiation pressure and aerodynamic drag are all included in the estimated external disturbance torque vector.The satellite has magnetometers and gyros onboard as the attitude sensors. Because of the inherent nonlinear dynamics and the nonlinear measurement model, the UKF, which is a nonlinear version of the Kalman Filter, is selected as the filter algorithm. Performance of the proposed algorithm is demonstrated via simulations for a cube pico pico-satellite and the results are analyzed for different scenarios. /* Style Definitions */ table.MsoNormalTable {mso-style-name:"Normal Tablo"; mso-tstyle-rowband-size:0; mso-tstyle-colband-size:0; mso-style-noshow:yes; mso-style-priority:99; mso-style-qformat:yes; mso-style-parent:""; mso-padding-alt:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt; mso-para-margin:0cm; mso-para-margin-bottom:.0001pt; mso-pagination:widow-orphan; font-size:11.0pt; font-family:"Calibri","sans-serif"; mso-ascii-font-family:Calibri; mso-ascii-theme-font:minor-latin; mso-fareast-font-family:"MS Mincho"; mso-fareast-theme-font:minor-fareast; mso-hansi-font-family:Calibri; mso-hansi-theme-font:minor-latin; mso-bidi-font-family:"Times New Roman"; mso-bidi-theme-font:minor-bidi;}