三轴稳定微纳卫星集成定姿系统的实现及实验

123456aa · 发表于 2022-4-26 08:41:34

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姿态确定系统是微纳卫星姿态控制系统中的重要组成部分，高性能的姿态确定系统是卫星实现高性能姿态控制的前提。传统的组合定姿系统在功耗、体积及重量上难以满足微纳卫星高性能姿态确定的要求。本文以实验室在研的三轴稳定微纳探测器为研究对象，通过对国内外微纳卫星的姿态确定系统的调研，结合当前国内外微纳卫星姿态确定系统一体化、集成化的发展趋势，提出了一种基于多敏感器的高精度，高可靠性的集成定姿系统。本文围绕着微纳卫星高性能集成定姿系统的实现及实验，开展了相关的研究工作，具体的研究工作内容如下：1、系统的总体方案与硬件电路的设计方面。首先，本文根据微纳卫星在轨运行模式的切换关系，各模式的定姿要求及敏感器的配置，确定了集成定姿系统的软硬件设计任务。之后，通过对比筛选，确定了以ATMEL公司的AT91RM9200为主处理器的解决方案。其次，根据系统的需求，设计了基于AT91RM9200的综合处理电路板。该模块是在ARM的最小系统上扩展了相应的电气接口，包括串口，CAN总线接口等，以实现与星上其他模块的连接。2、系统软件的设计与实现方面。首先，完成了Bootloader的移植，以实现应用程序的自启动；其次，进行了相应硬件接口驱动程序的开发，并根据要求开发了相应的通信协议；最后，完成了q_method方法，星敏单独定姿，陀螺/星敏EKF组合定姿三种姿态确定算法的移植。3、集成定姿系统的测试和半物理仿真验证方面。在完成了集成定姿系统的软硬件设计之后，利用实时仿真机生成模拟的姿态敏感器输出数据对集成定姿系统的定姿功能进行测试，以验证其通信协议及定姿算法的正确性。最后，将集成定姿系统接入卫星的姿态控制半物理仿真回路中，利用硬件在回路的方法，进一步验证集成定姿系统在工程上的可行性。实验的结果表明，该系统能够满足微纳卫星在轨各个模式的定姿要求，具有一定的工程应用价值。

三轴稳定微纳卫星集成定姿系统的实现及实验

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