طراحي الگوريتم هاي كاليبراسيون روي برد حسگرهاي تعيين وضعيت ماهواره با استفاده از روشهاي مبتني بر فيلتر كالمن

كارشناسي ارشد

يكي از اركان مهم ماهواره ها زير سيستم تعيين و كنترل وضعيت است كه باعث جهت دهي به ماهواره و پايدارسازي آن مي شود. اطلاعات وضعيت ماهواره از طريق حسگرها دريافت شده و سپس با استفاده از قوانين كنترلي و عملگرها، گشتاور لازم براي قرارگيري ماهواره در وضعيت مناسب فراهم ميشود. در اين زير سيستم دقيق بودن اطلاعات اندازه گيري از اهميت بسيار بالايي برخوردار است زيرا در غير اين صورت باعث قرارگيري ماهواره در وضعيت نامناسب مي شود. با توجه به اينكه حسگرها تحت تأثير خطاهاي سيستماتيك و تصادفي به دليل تأثيرات دمايي، لرزشهاي ناشي از جدايش ماهواره از ماهواره بر، فرسودگي و نويزهاي ايجاد شده توسط محيط يا خود حسگر قرار مي گيرند، دقت آن ها كاهش مي يابد. بنابراين لازم است روي برد به صورت خارج از خط يا برخط كاليبره شوند. در اين پژوهش كاليبراسيون روي برد چهار حسگر تعيين وضعيت شامل حسگر مغناطيسي، ردياب ستاره، حسگر خورشيد آنالوگ(هرمي شكل) و حسگر خورشيد ديجيتال آرايه خطي و آرايه صفحه اي مورد بررسي قرار مي گيرد. در ابتدا منابع خطاي حسگرها بررسي مي شود و بر اساس آنها يك مدل دقيق از حسگرها استخراج مي گردد. سپس سناريوي توليد خروجي حسگرها هنگامي كه روي يك ماهواره نصب شده اند و ماهواره در يك مدار با ارتفاع پايين حركت مي كند ارائه ميشود. در ادامه به منظور كاليبراسيون حسگر مغناطيسي، روش خارج از خط دو مرحله اي حداقل مربعات و روش برخط دو مرحله اي فيلتر كالمن پيشنهاد مي شود. روش اول بر پايه يك مسئله بهينه سازي است و از تركيب سه الگوريتم پاسخ متمركز، لونبرگ ماركاد و حداقل مربعات خطي براي يافتن پارامترهاي داخلي حسگر شامل باياس، ضريب مقياس و عدم تعامد و پارامترهاي خطاي نصب استفاده مي كند. روش دوم از تركيب دو الگوريتم فيلتر كالمن توسعه يافته يا خنثي و الگوريتم فيلتر كالمن خطي ايجاد مي شود. مزيت اين دو روش يافتن پارامترهاي داخلي حسگر به همراه خطاي نصب با دقت بالاست. به هر حال روش برخط به دليل نياز به حافظه ذخيره سازي كم و توانايي محاسبه پارامترها در هر لحظه نسبت به روش خارج از خط برتري دارد ولي تنظيم پارامترهاي اوليه آنها زمانبر است. از بين روش هاي برخط، روش تركيبي فيلتر كالمن خنثي و فيلتر كالمن خطي داراي دقت بالاتر و سرعت همگرايي بيشتر است اما پياده سازي آن دشوارتر و زمان محاسبات آن بيشتر است. روشهاي ذكر شده براي كاليبراسيون ردياب ستاره جهت به دست آوردن پارامترهاي داخلي حسگر شامل ضرايب اپتيكي و ضرايب اعوجاج و پارامترهاي خطاي نصب نيز مورد مطالعه قرار مي گيرند. مزيت اين روش ها در كاليبراسيون ردياب ستاره در مقايسه با روش هاي قبلي در نظر گرفتن رابطه متقابل بين ضرايب اپتيكي و ضرايب اعوجاج است كه باعث افزايش دقت كاليبراسيون ميشود. كاليبراسيون حسگرهاي خورشيد ديجيتال آرايه خطي و آرايه صفحه اي نيز براي اولين بار در اين پايان نامه صورت ميگيرد و روشهاي ذكر شده نيز روي اين حسگرها اعمال ميشود. در نهايت جهت كاليبراسيون حسگر خورشيد آنالوگ(هرمي شكل) نيز روش خارج از خط حداقل مربعات براي استخراج باياس و روش برخط فيلتر كالمن خطي تركيبي براي استخراج باياس و خطاي نصب پيشنهاد ميشود. واژه‌هاي كليدي: زير سيستم تعيين وكنترل وضعيت، كاليبراسيون روي برد، حسگر مغناطيسي، ردياب ستاره، حسگر خورشيد آنالوگ، حسگر خورشيد ديجيتال، فيلتر كالمن توسعه¬يافته، فيلتر كالمن خنثي، فيلتر كالمن خطي

191014

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر مصطفي عابدي

كنترل

دكتر حسين بلندي