نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

پژوهشکده سامانه های ماهواره

چکیده

مغناطیس‌سنج یکی از سنسورهای اصلی در زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت (ADCS) ماهواره‌های مدار پایین زمین (LEO) است و با توجه به قابلیت استفاده در تمام زمان‌های یک تناوب مداری، در اکثر مودهای عملکردی مانند چرخش‌زدایی، نشانه‌روی زمین و انتقال مداری مورد استفاده قرار می‌گیرد. از این‌رو، دقت داده‌های مغناطیس‌سنج و کالیبراسیون آن دارای اهمیتی اساسی در موفقیت ماموریت است. در این مقاله، با توجه به اهمیت استفاده از رویکردهای بلادرنگ در کاربردهای عملی، کالیبراسیون مغناطیس‌سنج با استفاده از فیلتر کالمن توسعه یافته (EKF) مدنظر قرار گرفته است. در ادامه، به منظور بررسی نقش کالیبراسیون مغناطیس‌سنج در نتایج تخمین وضعیت، داده‌های کالیبره شده در ساختار یک فیلتر کالمن توسعه یافته مبتنی بر کواترنیون ضربی (MQEKF) مورد استفاده قرار می‌گیرند. در انتها، از یک بستر سخت‌افزار در حلقه (HIL) که مجهز به یک سیم‌پیچ هلمهولتز و یک میز سه درجه آزادی است بهره گرفته می‌شود تا عملکرد مجموعه الگوریتم‌های توسعه داده شده به‌صورت تجربی مورد ارزیابی قرار گیرد. در فرایند کالیبراسیون، مقادیر پارامترهای مغناطیس‌سنج تخمین زده شده و در فیلتر تخمین وضعیت به‌کار گرفته می‌شوند. نتایج نشان می‌دهند که خطای وضعیت به‌تدریج کم شده و دقت نهایی افزایش می‌یابد

کلیدواژه‌ها

موضوعات

##R. V. Garcia, H. K. Kuga and M. C. Zanardi, "Unscented Kalman Filter for Spacecraft Attitude Estimation Using Quaternions and Euler Angles". ##
##X. Tang, Z. Liu and J. Zhang, "Square-Root Quaternion Cubature Kalman Filtering for Spacecraft Attitude Estimation," Acta Astronautica, vol. 76, pp. 84-94, 2012. ##
##R. V. Garcia, N. O. Matos, H. K. Kuga and M. C. Zanardi, "Unscented Kalman Filter for Spacecraft Attitude Estimation Using Modified Rodrigues Parameters and Real Data," Computational Applied Mathematics, vol. 35, pp. 835-846, 2016. ##
##J. D. Searcy and H. J. Pernicka, "Magnetometer-Only Attitude Determination Using Novel Two-Step Kalman Filter Approach," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 35, no. 6, pp. 1693-1701, 2012. ##
##B. Chen, Y. Geng and X. Yang, "B. Chen, Y. Geng and X. Yang, "High Precision Attitude Estimation Algorithm Using Three Star Trackers," in 10th World Congress on Intelligent Control and Automation, Beijing, 2012. ##
##J. L. Crassidis and F. L. Markley, "Three-Axis Attitude Estimation Using Rate-Integrating Gyroscopes," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 39, no. 7, pp. 1513-1526, 2016. ##
##K. Son-Goo, J. L. Crassidis, Y. Cheng, A. M. Fosbury and J. L. Junkins, "K. Son-Goo, J. L. Crassidis, Y. Cheng, A. M. Fosbury and J. L. Junkins, "Kalman Filtering for Relative Spacecraft Attitude and Position Estimation," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 30, no. 1, pp. 133-143, 2007. ##
##J. C. Springmann, A. J. Sloboda, A. T. Klesh, M. W. Bennett and J. W. Cutler, "The Attitude Determination System of the RAX Satellite," Acta Astronautica, vol. 75, pp. 120-135, 2012. ##
##F. Chunshi, M. Ziyang and L. Xiaoyun, "Multiplicative Quaternion Extended Consensus Kalman Filter for Attitude and Augmented State Estimation," in 35th Chinese Control Conference, Chengdu, 2016. ##
##M. D. Pham, K. S. Low and S. T. Goh, "Gain-Scheduled Extended Kalman Filter for Nanosatellite Attitude Determination System," IEEE Transactions on Aerospace and Electronics Systems, vol. 51, no. 2, pp. 1017-1028, 2015. ##
##Q. Hua-ming, H. Wei, Q. Lin-chen and S. Chen, "Robust Extended Kalman Filter for Attitude Estimation with Multiplicative Noises and Unknown External Disturbances," IET Control Theory and Applications, vol. 8, no. 15, pp. 1523-1536, 2014. ##
##M. S. Andrle and J. L. Crassidis, "Attitude Estimation Employing Common Frame Error Representations," Journal of Guidance, Control, and Dynamics, vol. 38, pp. 1614-1624, 2015. ##
##M. Abdelrahman and S. Park, "Sigma-Point Kalman Filtering for Spacecraft Attitude and Rate Estimation using Magnetometer Measurements," IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 47, no. 2, pp. 1401-1415, 2011. ##
##C. Hajiev and H. E. Soken, "Robust Adaptive Unscented Kalman Filter for Attitude Estimation of Pico Satellites," International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, vol. 28, no. 2, pp. 107-120, 2014. ##
##X. Tang, J. Wei and K. Chen, "Square-Root Adaptive Cubature Kalman Filter with Application to Spacecraft Attitude Estimation," 15th International Conference on Information Fusion, pp. 1406-1412, 31 August 2012. ##
##L. Zhang, H. Yang, H. Lu, S. Zhang, H. Cai and S. Qian, "Cubature Kalman Filtering for Relative Spacecraft Attitude and Position Estimation," Acta Astronautica, vol. 105, pp. 254-264, 2014. ##
##N. Sugimura, T. Kuwahara and K. Yoshida, "Attitude Determination and Control System for Nadir Pointing Using Magnetorquer and Magnetometer," IEEE Aerospace Conference, March, 2016. ##
##M. H. Hajikarim and N. Assadian, "Fault-Tolerant Control of Flexible Satellite with Magnetic Actuation and Reaction Wheel,"Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2021. ##
##F. L. Markley and J. L. Crassidis, Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, New York: Springer, 2014. ##
##R. Alonso and M. D. Shuster, "Complete Linear Attitude-Independent Magnetometer Calibration," Journal of Astronautical Sciences, vol. 50, no. 4, pp. 477-490, 2002. ##
##B. Gambhire, "Determination of Magnetometer Biases Using Module RESIDG," Computer Sceinces Corporation, 1975. ##
##J. L. Crassidis, K. L. Lai and R. R. Harman, "Real-Time Attitude-Independent Three-Axis Magnetometer Calibration," Journal of Guidance, Control and Dynamics, vol. 28, no. 1, pp. 115-120, 2005. ##
##J. L. Crassidis and J. L. Junkins, Optimal Estimation of Dynamic Systems, New York: CRC Press, 2012. # "Iranian Space Research Center," Tehran, Iran, Postal Code:1459777511. ##
##"www.kavirElectronic.ir"##