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姿态确定与控制系统是卫星正常运行的重要保障系统,姿态确定与控制技术是卫星发展与应用的重要支撑性技术。
姿态确定算法设计是姿态确定与控制系统设计中的关键技术之一,论文主要针对基于磁强计数据的卡尔曼滤波算法进行了研究。其中,卡尔曼滤波算法的好处在于消除毛刺噪声,提高控制的精度;同时,利用磁强计数据进行姿态确定的好处是能够得到同时三个姿态角,而且没有视场的限制,特别适合于卫星入轨后的姿态捕获。通常卡尔曼滤波算法的计算是通过星载计算机来完成的,但是星载计算机的性能往往显得不足,而且需要进行其他任务。因此,采用FPGA(Field Programmable Gate Array)来实现姿态确定,不仅硬件上的实时性好,而且作为协处理器,能够给卫星姿态稳定提供保障。
本文主要研究工作包括了三个部分:
◆结合姿态确定系统的技术方案,对基于磁强计数据实现姿态确定的模型和算法设计进行了分析和研究。
◆FPGA中的设计实现,首先提出了基于FPGA的姿态确定系统设计框图。然后,根据FPGA设计基本方法和原则,对于主要功能模块,包括了姿态确定算法模块和数据输入输出模块,给出了设计框图和具体设计流程,并在Quartus II上进行了仿真并得到了仿真结果。
●对基于FPGA实现的姿态确定模块,在仿真系统上进行了测试验证,把得到的实验结果与MATLAB数值仿真结果进行比较分析,对结果的可行性和可靠性进行了分析和总结。
本文针对基于FPGA的微小卫星姿态确定系统设计进行了研究,为微小卫星的姿态控制系统设计提供了一种新的途径。