Dergiler / Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi / 2021 / Cilt: 14 - Sayı: 2

Nano Uydular için Vektör Ölçümleri Kullanılarak Açısal Hız Kestirimi

Angular Velocity Estimation for Nanosatellites Using Vector Measurements

Sayfa
221–229
Yayın Tarihi
2022-10-18
DOI
—
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Benzetimler göstermektedir ki ilk algoritmao 0.035 /s mertebesinde bir açısal hız kestirim doğruluğuna erişebilmekte ve AMM terimlerini doğru olarak kestirebilmekte iken, ikinci algoritma farklı görev safhalarında da kullanılabilecek hesaplama açısından etkin bir alternatif sunmaktadır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Dönüölçerlerin yokluğunda açısal hız kestirimi için kullanılabilecek en bilinen yöntemlerden biri dinamik tabanlı bir filtre ile hem açısal hızların hem de uydunun yöneliminin kestirimidir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Bu makalede referans vektör yönlerinin bilinmediği varsayılarak, sadece gövde eksen takımında ölçülmüş vektörleri kullanan iki farklı açısal hız kestirim yöntemi sunulmuş ve karşılaştırılmıştır.
💡
Sonuç & Katkı:Benzetimler göstermektedir ki ilk algoritmao 0.035 /s mertebesinde bir açısal hız kestirim doğruluğuna erişebilmekte ve AMM terimlerini doğru olarak kestirebilmekte iken, ikinci algoritma farklı görev safhalarında da kullanılabilecek hesaplama açısından etkin bir alternatif sunmaktadır.
🔬Tür:Modelleme & Sayısal Simülasyon
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:Alan Parametreleri

Özet

Dönüölçerlerin yokluğunda açısal hız kestirimi için kullanılabilecek en bilinen yöntemlerden biri dinamik tabanlı bir filtre ile hem açısal hızların hem de uydunun yöneliminin kestirimidir. Fakat bu yaklaşım vektör ölçümleri için referans yönelimleri de gerektirir. Bu makalede referans vektör yönlerinin bilinmediği varsayılarak, sadece gövde eksen takımında ölçülmüş vektörleri kullanan iki farklı açısal hız kestirim yöntemi sunulmuş ve karşılaştırılmıştır. Her iki yöntem de özellikle manyetometreler için gürültülü verilerin öncül bir filtreden geçirilmesine dayanmaktadır. İlk algoritma açısal hızların yanısıra Artık Manyetik Moment (AMM) terimlerini de kestirmektedir. İkinci algoritma uydu dinamiklerini kullanmamakta, açısal ivmeyi birinci mertebeden bir Markov süreci şeklinde modellemektedir. Benzetimler göstermektedir ki ilk algoritmao 0.035 /s mertebesinde bir açısal hız kestirim doğruluğuna erişebilmekte ve AMM terimlerini doğru olarak kestirebilmekte iken, ikinci algoritma farklı görev safhalarında da kullanılabilecek hesaplama açısından etkin bir alternatif sunmaktadır.

Abstract

n the absence of gyro sensors, the straightforward approach to estimate the angular velocity is using a dynamics-based attitude filter which can provide angular rate information together with the attitude of the satellite. However, this approach requires also the reference directions for the vector measurements. In this article, assuming that the reference directions are not known, two different algorithms for angular velocity estimation, using only the body vector measurements are given and compared. They both rely on pre-filtering the noisy data, specifically for the magnetometer measurements. The first algorithm estimates the Residual Magnetic Moment (RMM) terms along with the angular velocity vector. The second algorithm does not use the spacecraft dynamics and model the angular accelerations as a first-order Markov process. Demonstrations show the first algorithm can provide an accuracy up too 0.035 /s for angular velocity estimates and accurately estimate the RMM terms, whereas the second algorithm is a computationally efficient alternate that can be used flexibly at any mission phase.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

SÖKEN, H. E. (2022). Nano Uydular için Vektör Ölçümleri Kullanılarak Açısal Hız Kestirimi. Havacılık ve Uzay Teknolojileri Dergisi, Cilt: 14 - Sayı: 2, 221–229. https://ajindex.com/articles/535177

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (15)

  1. C. Hajiyev and D. Cilden Guler, “Review on gyroless attitude determination methods for small satellites,” Prog. Aerosp. Sci., vol. 90, pp. 54–66, March 2017
  2. S. Jo, H. Bang, and H. Leeghim, “A Vector Measurement-based Angular Velocity Estimation Scheme for Maneuvering Spacecraft,” J. Astronaut. Sci., vol. 64, pp. 310–332, September 2017
  3. I. Y. Bar-Itzhack, “Classification of algorithms for angular velocity estimation,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 24, pp. 214–218, March-April 2001
  4. L. Magnis and N. Petit, “Angular velocity nonlinear observer from vector measurements,” Automatica, vol. 75, pp. 46–53, August 2017
  5. M. Lovera, “Spacecraft attitude and rate estimation from vector observations: A comparison study,” 2001 Eur. Control Conf. ECC Porto, Portugal, September 4- 7, 2001, pp. 3062–3067
  6. I. Y. Bar-Itzhack, R. R. Harman, and J. K. Thienel, “Rigid body rate inference from attitude variation,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 30, pp. 275–281, January- February 2007
  7. H. Leeghim, H. Bang, and C. Y. Lee, “Angular Rate and Alignment Estimation for Gyroless Spacecraft by Only Star Trackers,” Int. J. Control. Autom. Syst., vol. 16, pp. 2235–2243, April 2018
  8. D. Spiller and F. Curti, “A geometrical approach for the angular velocity determination using a star sensor,” Acta Astronaut., In Print, December, 2020
  9. M. D. Shuster and S. D. Oh, “Three-axis attitude determination from vector observations,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 4, pp. 70–77, January-February 1981
  10. C. Hajiyev and H. E. Soken, Fault Tolerant Attitude Estimation for Small Satellites. Boca Raton: CRC Press, 2021
  11. H. Ma and S. Xu, “Magnetometer-only attitude and angular velocity filtering estimation for attitude changing spacecraft,” Acta Astronaut., vol. 102, pp. 89–102, May 2014
  12. Y. Oshman and F. L. Markley, “Sequential gyroless attitude and attitude-rate estimation from vector observations,” Acta Astronaut., vol. 46, pp. 449–463, April 2000
  13. M. L. Psiaki, F. Martel, and P. K. Pal, “Three-axis attitude determination via kalman filtering of magnetometer data,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 13, pp. 506–514, May-June 1990
  14. P. F. Zhang, J. H. Hao, and Q. Chen, “Gyro-less angular velocity estimation and intermittent attitude control of spacecraft using coarse-sensors based on geometric analysis,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 103, August 2020
  15. P. Tortora, Y. Oshman, and F. Santoni, “Spacecraft angular rate estimation from magnetometer data only usin