علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

کالیبراسیون مغناطیس‌سنج با استفاده از رویکرد بهینه غیرخطی

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسنده
استادیار، پژوهشکده سامانه‌های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران، تهران، ایران
چکیده
حسگر مغناطیسی از حسگرهای کلیدی در زیرسیستم تعیین و کنترل وضعیت ماهواره بوده و کالیبراسیون داده‌های آن نقشی اساسی در موفقیت ماموریت دارد. در این مقاله موضوع کالیبراسیون حسگر مغناطیسی با استفاده از دو رویکرد متمرکز و بیشینه احتمال دو مرحله‌ای مورد تحلیل قرار گرفته و میزان مقاومت آنها به اختلالات موجود در اندازه‌گیری بررسی می‌شود. در این راستا پس از ارائه مدل اندازه‌‎گیری حسگر مغناطیسی که ارتباط بین بردار میدان مغناطیسی زمین، بردار اندازه‌گیری و اختلالات را نشان می‌دهد، دو رویکرد برای حل مسئله کالیبراسیون مطرح شده است. ابتدا با استفاده از روش متمرکز، مسئله غیرخطی کالیبراسیون به مسئله‌ای خطی تبدیل شده و سپس پارامترهای کالیبراسیون استخراج می‌شوند. در ادامه، در رویکرد دوم، مسئله کالیبراسیون بصورت یک مسئله غیرخطی در نظر گرفته شده و با استفاده از روش بیشینه احتمال پارامترهای کالیبراسیون تخمین زده می‌شوند. به جهت ارزیابی عملکرد دو روش ارائه شده، دو نوع پروفایل میدان مغناطیسی برای یک ماهواره LEO مد نظر قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهند که خطای روش بیشینه احتمال دو مرحله‌ای به مراتب کمتر از روش متمرکز است. در انتها و به جهت بررسی مقاومت روش‌ها به اختلالات اندازه‌گیری، 100 اجرا برای شبیه‌سازی مونت کارلو در نظر گرفته می‌شود. نتایج حاصل از شبیه‌سازی مونت کارلو نشان دهنده رفتار هموارتر و همچنین خطای کمتر روش بیشینه احتمال نسبت به روش متمرکز است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] L. Farian, P. Häfliger, and J. A. Leñero-Bardallo, "A miniaturized two-axis ultra low latency and low-power sun sensor for attitude determination of micro space probes," IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, vol. 65, no. 5, pp. 1543-1554, 2017, https://doi.org/10.1109/TCSI.2017.2763990.
[2] J. D. Searcy and H. J. Pernicka, "Magnetometer-only attitude determination using novel two-step Kalman filter approach," Journal of Guidance, Control and Dynamics, vol. 35, no. 6, pp. 1693-1701, 2012, https://doi.org/10.2514/1.57344.
[3] R. Opromolla, G. Fasano, G. Rufino, M. Grassi, C. Pernechele, and C. Dionisio, "A new star tracker concept for satellite attitude determination based on a multi-purpose panoramic camera," Acta Astronautica, vol. 140, pp. 166-175, 2017, https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2017.08.020.
[4] B. Hou, Z. He, H. Zhou, and J. Wang, "Integrated design and accuracy analysis of star sensor and gyro on the same benchmark for satellite attitude determination system," IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, vol. 6, no. 4, pp. 1074-1080, 2019, https://doi.org/10.1109/JAS.2019.1911600.
[5] S. Fujita, Y. Sato, T. Kuwahara, Y. Sakamoto, and K. Yoshida, "Attitude maneuvering sequence design of high-precision ground target tracking control for multispectral Earth observations," in IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII), Paris, France, pp. 153-158, 2019, https://doi.org/10.1109/SII.2019.8700434.
[6] S. Ikari et al., "Attitude determination and control system for the PROCYON micro-spacecraft," Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 60, no. 3, pp. 181-191, 2017, https://doi.org/10.2322/tjsass.60.181.
[7] T. Nguyen, K. Cahoy, and A. Marinan, "Attitude determination for small satellites with infrared Earth horizon sensors," Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 55, no. 6, pp. 1466-1475, 2018, https://doi.org/10.2514/1.A34010.
[8] R. Alonso and M. D. Shuster, "Complete linear attitude-independent magnetometer calibration," Journal of Astronautical Science, vol. 50, no. 4. pp. 477–490, 2002, https://doi.org/10.1007/BF03546249.
[9] J. R. Wertz, "Three-axis attitude determination methods," in Spacecraft Attitude Determination and Control, J. R. Wertz, Ed. Astrophysics and Space Science Library, vol. 73, Dordrecht: Springer Netherlands, 1978, pp. 410-435, https://doi.org/10.1007/978-94-009-9907-7_12.
[10] B. Gambhir, "Determination of magnetometer biases using Module RESIDG," Computer Sciences Corporation, Falls Church, VA, USA, Tech. Rep. 3000-32700-01TN, 1975.
[11] M. Rivandi, M. Mirshams, and M. Zarourati, “Design and implementation of a balance system for the cubesat attitude determination and control tabletop simulator," Journal of Space Science and Technology, vol. 16, no. 1, pp. 75-88, 2023, (in Persian), https://doi.org/10.30699/jsst.2023.1426.
[12] F. L. Markley and J. L. Crassidis, Fundamental of Attitude Determination and Control, Springer, 2014, https://doi.org/10.1007/978-1-4939-0802-8
دوره 18، شماره 2
1404
صفحه 1-9

  • تاریخ دریافت 15 آذر 1403
  • تاریخ بازنگری 18 اسفند 1403
  • تاریخ پذیرش 28 فروردین 1404
  • تاریخ اولین انتشار 28 فروردین 1404