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四轴卫星天线稳定系统姿态确定算法研究
| 论文题名： | 四轴卫星天线稳定系统姿态确定算法研究 |
| 关键词： | 船舶工程;卫星天线;四轴框架结构;姿态补偿算法;惯性测量;补偿代价 |
| 摘要： | 运载体在航行过程中，受到外界因素影响，载体的姿态会产生纵横摇摆和航行方向的变化，这些影响因素会使卫星天线的接收效果下降，严重情况甚至造成卫星信号丢失，这使得地球同步卫星接收天线在船舶上的安装存在很大困难。本文以实验室实物框架结构为背景，分析四轴框架结构运动特点，结合四轴框架运动特性以及全球航行的需要，设计四轴框架姿态补偿算法，同时结合各轴框架结构参数提出一种针对补偿算法快速性和补偿代价的评价计算方法。 本论文主要完成的工作如下： 首先，本文针对卫星天线的关键技术进行分析介绍，其中包括稳定平台控制系统的主要技术分析，姿态测量系统现状的研究，并结合课题需要，对MEMS技术进行分析介绍；同时，对国内外现有的先进平台稳定控制系统实际应用产品进行简要阐述。 其次，对姿态稳定系统姿态确定部分的基本知识进行阐述和分析，对惯性测量技术中的基本知识如常用坐标系、姿态角表述、坐标系间的姿态转换矩阵等进行详细推导，对测量单元的主要组成部分如加速度计、陀螺仪和磁强计进行原理性介绍，同时对载体姿态表示方法进行分类介绍，为后续的框架姿态推导和测量信号的取用方法打下基础。 再次，从结构和控制方法上对现有的双轴框架结构和三轴框架结构进行优缺点的分析，同时结合双轴和三轴框架的分析结果，对四轴框架的结构优势进行描述，并对惯性测量单元的安装位置进行分析，得出四轴框架在过顶跟踪以及极化角补偿两方面存在结构优势。 然后，根据载体和卫星在地理坐标系下的相对关系，解算卫星的地面观测角，并以此作为天线的目标姿态，结合惯性测量单元测得的天线本体姿态，利用闭环姿态补偿方法，设计了四轴框架姿态补偿算法，充分利用四轴框架联动效果，减少单一轴的运动量，更快速准确的进行姿态补偿。 最后，从动力学角度入手结合快速性，提出一种以能量补偿代价为核心的姿态补偿算法评价方法，并利用实验室四轴框架实物参数，结合评价方法，对四轴框架姿态补偿算法进行验证，通过数据对比验证四轴框架姿态补偿算法在快速性和补偿代价上的可行性。 |
| 作者： | 孙天一 |
| 专业： | 检测技术与自动化装置 |
| 导师： | 王景刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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