Исследование алгоритма определения ориентации малого космического аппарата на основе фильтра Калмана

24 ноября 2010 года
Иванов Данил Сергеевич
(Аспирант ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, научный руководитель профессор, д.ф.-м.н. М.Ю. Овчинников)

Рассматривается алгоритм определения ориентации малого космического аппарата, оснащенного следующими датчиками: магнитометр, солнечный датчик и датчик угловой скорости. Алгоритм построен на основе фильтра Калмана, который производит оценку параметров ориентации в режиме реального времени с использованием текущих измерений бортовых датчиков. В качестве параметров ориентации принят кватернион поворота орбитальной системы координат (СК) в связанную с аппаратом СК и вектор угловой скорости связанной СК относительно инерциальной СК. Исследуется влияние настройки фильтра Калмана на основные критерии качества его работы: время сходимости и точность после сходимости. Исследование проводится предлагаемым аналитическим методом и численными расчетами работы фильтра Калмана. На основании проведённого исследования выбираются области параметров настройки фильтра исходя из оптимального соотношения «время сходимости» - «точность».

Приводятся результаты лабораторных экспериментов рассматриваемого алгоритма на стенде для отработки алгоритмов управления и определения ориентации малых спутников. Стенд состоит из имитатора магнитного поля, имитатора Солнца, воздушной подушки, обеспечивающей три степени свободы движения тела относительно центра масс, и макета подвижного объекта, который оснащен системой управления ориентацией и набором датчиков определения ориентации. Система управления ориентацией и система определения ориентации идентичны системам, установленным на малый спутник Чибис-М.