علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

علوم، فناوری و کاربردهای فضایی

اثر اغتشاش چرخ عکس‌العملی در فرآیند تعیین وضعیت ماهواره‌های دارای حسگر مغناطیس‌سنج

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده هوافضا دانشگاه صنعتی شریف تهران-ایران
3 پژوهشکده سیستم های ماهواره ای سازمان فضایی ایران تهران- ایران
چکیده
سامانه تعیین و کنترل وضعیت، وظیفه‌ی تعیین وضعیت، پایدارسازی و نشانه­روی ماهواره را با وجود گشتاورهای اغتشاشی داخلی و خارجی دارا است که این امور در یک ماهواره عملیاتی توسط تعدادی حسگر، عملگر و الگوریتم­های مرتبط صورت می­گیرد. حسگر مغناطیس با توجه به ویژگی­های کاربردی، جزو متداول ترین حسگرهای مورد استفاده برای تعیین وضعیت و چرخ عکس­العملی نیز عملگری مطمئن و کارآمد در فرآیند کنترل وضعیت سه محوره ماهواره­ها است. اغتشاشات عملگر چرخ عکس­العملی که از جنس میدان مغناطیسی است، در حین اجرا دستورات کنترلی، اثر الکترومغناطیسی آن کارکرد حسگر مغناطیس را تحت تاثیر قرار داده و در نتیجه فرآیند تعیین وضعیت ماهواره دچار اختلال می­شود. در الگوریتم­های تعیین وضعیت، بردار وضعیت دورانی ماهواره با استفاده از خروجی آغشته به نویز حسگرها، تخمین زده می­شود و الگوریتم­ها شامل فیلترهایی هستند که بتوانند از داده­های نویزی حسگرها، وضعیت را تخمین بزنند. این پژوهش، با هدف مشخص کردن اثر تداخل میدان مغناطیسی منتشر شده با حسگر مغناطیس­سنج که خارج از محدوده نویز حسگر هستند در فرآیند تعیین وضعیت ماهواره­های ارتفاع پایین انجام گرفته است. با توجه به نتایج ارائه شده در این پژوهش، اغتشاش حاصل از تداخل میدان مغناطیسی منتشر شده که در اثر کارکرد چرخ عکس­العملی است، فرآیند تعیین وضعیت ماهواره را دچار اختلال کرده و به طور چشمگیری باعث کاهش دقت آن می­شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]
H. Kinatas and C. Hajiyev, "TRIAD Aided Multiplicative EKF for Small Satellite Attitude Estimation and Magnetometer Calibration," IEEE SENSORS JOURNAL, vol. 23, no. 22, pp. 27161 - 27168, 2023.
[2]
H. ErsinSoken and Shin-ichiroSakai, "Attitude estimation and magnetometer calibration using reconfigurable TRIAD+filtering approach," Aerospace Science and Technology, vol. 99, 2020.
[3]
W. Ding and Y. Gao, “Attitude Estimation Using Low-Cost MARG Sensors with Disturbances Reduction,” IEEE Trans Instrum Meas, vol. 70, 2021, doi: 10.1109/TIM.2021.3104395.
[4]
Z. Ismail and R. Varatharajoo, “A study of reaction wheel configurations for a 3-axis satellite attitude control,” Advances in Space Research, vol. 45, no. 6, pp. 750–759, Mar. 2010, doi: 10.1016/J.ASR.2009.11.004.
[5]
Y. Zhao, J. Sun, and H. Tian, “Development of methods identifying parameters in reaction wheel assembly disturbance model,” Aircraft Engineering and Aerospace Technology, vol. 78, no. 4, pp. 326–330, 2006, doi: 10.1108/17488840610675618.
[6]
M. P. Le, M. H. M. Ellenbroek, R. Seiler, P. Van Put, M. Bradford, and E. J. E. Cottaar, “A FULL DISTURBANCE MODEL FOR REACTION WHEELS,” 2014. [Online]. Available: http://asmedigitalcollection.asme.org/IDETC-CIE/proceedings-pdf/IDETC-CIE2014/46414/V008T11A061/4259687/v008t11a061-detc2014-34480.pdf
[7]
R. A. Masterson, D. W. Miller, and R. L. Grogan, “Development and validation of reaction wheel disturbance models: Empirical model,” J Sound Vib, vol. 249, no. 3, pp. 575–598, 2002, doi: 10.1006/jsvi.2001.3868.
[8]
M. Pous, M. A. Azpúrua and F. Silva, "Time-Domain Electromagnetic Characterization of Reaction Wheel for Space Applications," IEEE TRANSACTIONS ON ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY, vol. 65, no. 2, APRIL 2023.
[9]
A. Aghalari and M. Shahravi, "Nonlinear electromechanical modelling and dynamical behavior analysis of a satellite reaction wheel," Acta Astronaut, vol. 141, pp. 143-157, Dec 2017.
[10]
M. G. Finley, R. M. Broadfoot, S. Shekhar, and D. M. Miles, “Identification and Removal of Reaction Wheel Interference From In-Situ Magnetic Field Data Using Multichannel Singular Spectrum Analysis,” J Geophys Res Space Phys, vol. 128, no. 2, Feb. 2023, doi: 10.1029/2022JA031020.
[11]
S. T. Spantideas and C. N. Capsalis, “Reaction Wheel Modeling for Static and Low-Frequency Magnetic Cleanliness Requirements,” IEEE Trans Electromagn Compat, vol. 63, no. 5, pp. 1609–1612, 2021, doi: 10.1109/TEMC.2021.3065974.
[12]
P. H. Zipfel, Modeling and Simulation of Aerospace Vehicle Dynamics, 2nd ed., Florida, Gainesville: American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc, 2007.
[13]
F. L. Markley and J. L. Crassidis, Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, New York: Microcosm Press and Springer, 2014.
[14]
M. J. SIDI, Spacecraft Dynamics and Control, Cambridge University Press, 1997.
[15]
P. Alken and e. all, International Geomagnetic Reference Field: the thirteenth generation, Earth, Planets and Space, 2021.
[16]
“Space Thruster Research Institude.” Accessed: Jun. 01, 2024. [Online]. Available: https://www.isrc.ac.ir/WCSIM.
 
 

  • تاریخ دریافت 21 مهر 1403
  • تاریخ بازنگری 11 آذر 1403
  • تاریخ پذیرش 19 دی 1403