Designing and Evaluation of an Experimental Attitude Determination System Using Sun Sensor and Magnetometer

Tavakkoli, Amir Hosein; Yazdanian, Masoud; Koolivand, Yarollah; Shahravi, Morteza; Momeni, Morad; Dehghan, S. Mohammad Mahdi

Designing and Evaluation of an Experimental Attitude Determination System Using Sun Sensor and Magnetometer

Authors

Amir Hosein Tavakkoli

Masoud Yazdanian

Yarollah Koolivand

Morteza Shahravi

Morad Momeni

S. Mohammad Mahdi Dehghan

Abstract

Evaluation of the satellite attitude determination system is very complicate because of need to simulate space environment on the ground. In this paper a laboratory Implementation of attitude estimation using sun sensor and magnetometer is reported. The test setup includes a sun simulator installed in a dark room. The magnetometer measures the local magnetic field. Sensors are rotated using a 2 DOF table. The reference models are adapted with the test setup. Attitude determination using classic and extended kalman filter methods is implemented by sensors data fusion. The test results verify the controlled motion of sensors in the limits of setup accuracy order.

Keywords

Sun simulator

Attitude determination

Sun sensor

Magnetometer

Article Title Persian

طراحی و ارزیابی عملکرد سامانة تعیین وضعیت آزمایشگاهی با حسگرهای خورشیدی و مغناطیسی

Authors Persian

امیرحسین توکلی

مسعود یزدانیان

یارالله کولیوند

مرتضی شهروی

مراد مؤمنی

سید محمدمهدی دهقان

Abstract Persian

آزمایش عملکردی زیرسیستم تعیین وضعیت در فرآیند توسعه و ساخت ماهواره به دلیل نیاز به شبیه‌سازی شرایط محیطی فضا در آزمایشگاه، کار بسیار پیچیده‌ای است. در این مقاله پیاده‌سازی و ارزیابی عملکرد یک مجموعه آزمایشگاهی برای تخمین وضعیت با ترکیب اطلاعات حسگرهای خورشیدی و مغناطیسی ارائه شده است. بستر آزمایشگاهی ایجاد شده شامل اتاق تاریک و شبیه‌ساز نور خورشید است.حسگر مغناطیسی نیز میدان مغناطیسی محلی زمین را اندازه‌گیری می‌کند. یک مجموعه دو درجه آزادی برای ایجاد حرکت چرخشی کنترل شونده حسگرها مورد استفاده قرار گرفته است. با ایجاد مدل‌های مرجع متناسب با شرایط آزمایشگاهی و ترکیب اطلاعات اندازه‌گیری شده توسط حسگرها، عملکرد سیستم در تخمین وضعیت با روش‌های کلاسیک و فیلتر کالمن تعمیم یافته ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده با حرکت فرمان داده شده به موتورها با توجه به شرایط آزمایش با دقت مناسبی قابل مقایسه است و عملکرد سیستم پیاده‌سازی شده را تایید می‌کند.

Keywords Persian

شبیه‌ساز خورشید

تعیین وضعیت ماهواره

حسگر خورشیدی

حسگر مغناطیسی

Kassalias, I., Attitude Determination for the Three-Axis Spacecraft Simulator (TASS) by Application of Particle Filtering Techniques, (M.Sc. Thesis) on Naval Graduate School, California, Monterey, 2005.
Ruud, K. K., “FORTÉ Hardware-in-Loop Simulation”, 11^th AIAA/USU Conference on Small Satellites, 1997.
Wertz, J. R., Spacecraft Attitude Determination and Control, Kluwer Academic Publishers,1999.
Psiaki, M. L., “Attitude Determination Filtering via Extended Quaternion Estimation,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 23, No. 2, March- April 2000, pp. 210–214.
Bar-Itzhack, I.Y., “REQUEST: a Recursive QUEST Algorithm for Sequential Attitude Determination,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 19, No. 5, Sept.-Oct. 1996, pp. 1034–1038.
[6] Wan, E. and Van Der Merwe, R., The Unscented Kalman Filter, Kalman Filtering and Neural Networks, Edited by S. Haykin, Chap. 7, John Wiley & Sons, New York, 2001.
[7] Shuster, M. D., and Oh, S. D., “Three-Axis Attitude Determination from Vector Observations,” Journal of Guidance and Control, Vol. 4, No. 1, 1981, pp. 70–77.
[8] Krogh, K. and Schreder, E., ”Attitude Determination for AAU Cubesat,” Department of Control Engineering, Aalburg University, 2002
[9] Stian Søndersrød Ose, Attitude Determination for the Norwegian Student Satellite NCube, (M. Sc. Thesis), Norwegian University of Science and Technology 2004.
Sunde, B. O., Sensor Modeling and Determination for Microsatellite, (M. Sc. Thesis), Norwegian University of Science and Technology, 2005.
Ho, Y. C. and Lee, R. C. K., “A Bayesian Approach to Problems in Stochastic Estimation and Control,” IEEE Trans. Automat. Control., Vol. AC-9, Issue: 4, 1964, pp. 333–339.