İTÜ_PSAT I Uydusunun Yönelim Kestirimi Üzerine Kalman Süzgeçlemesi Uygulamaları

Abstract

Bu çalışmanın temel kapsamı, İTÜ-PSAT I uydusunun yönelim kestirimi için farklı Kalman süzgeci algoritmalarının incelenmesidir. Bu amaçla, farklı Kalman süzgeci algoritmaları geliştirilmiş ve önerilen algoritmaların performansları farklı kestirim senaryoları için tetkik edilmiştir. Ele alınan durumda söz konusu olduğu gibi sistem modellerinin doğrusal olmaması halinde kullanılan iki Kalman süzgeci algoritması; Genişletilmiş Kalman Süzgeci (GKS) ve Sezgisiz Kalman Süzgeci (SKS) yardımıyla uydunun yönelimi kestirilmiştir. Aynı zamanda, yönelimin yanı sıra, SKS dış torkların sabit bileşenleri, manyetometre ve jiroskop kayımları gibi değişkenlerin kestirimi için de kullanılmıştır. Ölçüm hatalarının var olduğu durumlar için her iki Kalman süzgeci de uyarlamalı olarak tasarlanmış ve böylece kestirim algoritmalarının ölçüm sensörü arızalarına karşı dayanıklı olması sağlanmıştır. Uyarlama metodu olarak farklı yöntemler ele alınmış ve performansları karşılaştırılmıştır. Çalışmanın sonucunda İTÜ-PSAT I uydusunun olası ayrı görev dilimleri için uygun Kalman süzgeci algoritmaları önerilmiştir.

Main scope of this study is to examine various kinds of Kalman filter algorithms for attitude estimation of ITU-PSAT I satellite. In order to do that, different Kalman filter algorithms are developed and the performances of the proposed algorithms are investigated for different estimation scenarios. By using Extended Kalman Filter (EKF) and Unscented Kalman Filter (UKF), two filter types for nonlinear models as in case, attitude of the satellite is estimated. Also UKF is operated for the estimation of parameters such as constant components of the external torques, magnetometer and gyro biases, as well as attitude of the satellite. For the case of measurement malfunctions, both Kalman filters are built in an adaptive manner and so being robust to measurement sensor failures is secured for the estimation algorithms. Different techniques for adaptation scheme have been taken into consideration and their performances are compared. At the end of the study, essential Kalman filter algorithms for the possible distinct mission phases of the ITU-PSAT I are recommended.