Journal of Space Science and Technology

Journal of Space Science and Technology

Adaptive Metaheuristic Algorithm for State Estimation and Modeling of Spacecraft

Document Type : Original Research Paper

Authors
1 Associate Professor, Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 P.hD. Student, Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
Abstract
Increasing the precision and stability of online estimation for a spacecraft's model, due to the simultaneous presence of uncertainty in the system dynamics and noise in the state sensor outputs, is one of the challenges in attitude control. One effective method for estimating such dynamic models is the least squares error method combined with the Kalman filter. To enhance the performance of this estimation method, a new online metaheuristic algorithm based on the development of the Generalized Minimal Residual (GMRES) method is proposed. This algorithm is an iterative-based approach that utilizes information from the previous step and, based on user experience, or employs a novel online metaheuristic technique to determine the number of steps required to solve the system in the Krylov subspace, thereby improving overall convergence to the desired response. To evaluate the accuracy of this estimation method, comparisons are made among simple GMRES, Bi-Conjugate Gradient, Conjugate Gradients Squared, and Bi-Conjugate Gradient Stabilized methods. The results demonstrate that the adaptive online metaheuristic GMRES method exhibits the highest accuracy and stability in response.
Keywords

Article Title Persian

الگوریتم جدید فرا ابتکاری تطبیقی در تخمین وضعیت و مدل فضاپیما

Authors Persian

محمد نوابی 1
شهرام حسینی 2
1 دانشیار، دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی ، تهران، ایران
2 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی فناوری های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
Abstract Persian

افزایش دقت و پایداری‌ در تخمین آنلاین مدل یک فضاپیما، به دلیل هم‌زمانی وجود نامعینی در دینامیک سیستم و نویز در خروجی حس‌گرهای وضعیت، یکی از چالش‌های کنترل وضعیت است. یکی از روش‌های مؤثر تخمین این نوع از مدل‌های دینامیکی، روش کمترین مربعات خطا در ترکیب با فیلتر کالمن است. برای افزایش عملکرد روش تخمین ذکر شده، الگوریتم آنلاین فرا ابتکاری جدیدی بر اساس توسعه روش کمترین باقیمانده تعمیم‌یافته ارائه می‌گردد. این الگوریتم یک روش مبتنی بر تکرار است که با استفاده از اطلاعات مرحله قبل و بر اساس تجربه کاربر، و یا یک روش فرا ابتکاری آنلاین نوین، تعداد گام‌های حل دستگاه در زیر فضای کریلف را تعیین کرده و همگرایی کلی به پاسخ را بهبود می‌بخشد. برای بررسی دقت تخمین این روش، روش‌های کمترین باقیمانده تعمیم‌یافته ساده، گرادیان دو مزدوجی، گرادیان مزدوج مربعی و گرادیان دو مزدوجی پایدار مقایسه شده است، که روش فرا ابتکاری کمترین باقیمانده تعمیم‌یافته تطبیقی بیشترین دقت و پایداری در پاسخ را نشان می‌دهد.

Keywords Persian

کمترین باقی‌مانده تعمیم‌یافته تطبیقی
تخمین مدل
تخمین وضعیت
‌ فرا ابتکاری

  • Receive Date 12 March 2019
  • Revise Date 14 May 2019
  • Accept Date 03 July 2019
  • First Publish Date 22 December 2019