0
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
ƯỚC LƯỢNG TƯ THẾ VỆ TINH NHỎ QUAN SÁT TRÁI ĐẤT
BẰNG VIỆC HỢP NHẤT HÓA DỮ LIỆU CỦA CẢM BIẾN
TỐC ĐỘ GÓC VÀ CẢM BIẾN SAO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Hà Nội – 2018
1
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
ƯỚC LƯỢNG TƯ THẾ VỆ TINH NHỎ QUAN SÁT
TRÁI ĐẤT BẰNG VIỆC HỢP NHẤT HÓA DỮ LIỆU
CỦA CẢM BIẾN TỐC ĐỘ GÓC VÀ CẢM BIẾN SAO
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã sỗ: 62 52 02 16
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Thái Quang Vinh
2. TS. Bùi Trọng Tuyên
Hà Nội – 2018
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được hoàn
thành dưới sự hướng dẫn của tập thể hướng dẫn. Các kết quả nêu trong luận án là
trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm về những lời cam đoan của mình.
Hà Nội , ngày tháng năm 2018
Nghiên cứu sinh
Ngô Duy Tân
3
LỜI CẢM ƠN
Luận án này được hoàn thành tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện
Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Trong quá trình nghiên cứu, tác giả
đã nhận được nhiều sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các
đồng nghiệp, bạn bè và gia đình
Để hoàn thành luận án này, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Thái
Quang Vinh và TS. Bùi Trọng Tuyên đã định hướng, hướng dẫn, giúp đỡ và
mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu của Luận án này.
Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Lãnh đạo, Phòng Đào tạo Sau
Đại học Viện Công nghệ Thông tin và Học viện Khoa học và Công nghệ -Viện
Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện tốt nhất trong
suốt thời gian học tập và nghiên cứu, để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Công nghệ vũ trụ và các đồng
nghiệp đã tạo điều kiện, giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và
hoàn thiện các nội dung nghiên cứu của luận án.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè và người thân đã luôn quan
tâm, động viên, khích lệ và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Xin trân trọng cảm ơn.
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Nghiên cứu sinh
Ngô Duy Tân
4
MỤC LỤC
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 0
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ......................................................... 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................................... 8
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................... 10
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 11
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ................................................................................. 16
1.1 Tư thế vệ tinh .................................................................................................... 16
1.2 Các hệ tọa độ trong khảo sát chuyển động của vệ tinh .................................... 17
1.3 Biểu diễn tư thế vệ tinh ..................................................................................... 19
1.3.1 Biểu diễn tư thế vệ tinh bằng quaternion .......................................................... 20
1.3.2 Biểu diễn tư thế vệ tinh bằng các vec-tơ Pivot ................................................. 22
1.3.3 Sai lệch tư thế vệ tinh ....................................................................................... 24
1.4 Các chỉ tiêu chính của phân hệ xác định và điều khiển tư thế vệ tinh ............. 25
1.5 Thuật toán ước lượng tư thế và những ràng buộc trên vệ tinh ......................... 27
CHƯƠNG 2 - MÔ HÌNH VỆ TINH VÀ CẢM BIẾN TƯ THẾ TRONG BÀI TOÁN
ƯỚC LƯỢNG TƯ THẾ VỆ TINH ............................................................................... 31
2.1 Xây dựng mô hình động lực học của vệ tinh với các bánh xe động lượng và điều
khiển tư thế vệ tinh ........................................................................................................ 31
2.1.1 Xây dựng mô hình động lực học của vệ tinh với các bánh xe động lượng ...... 31
2.1.2 Luật điều khiển tư thế vệ tinh ........................................................................... 36
2.2 Cảm biến tư thế vệ tinh ..................................................................................... 38
2.2.1 Cảm biến tốc độ góc ......................................................................................... 38
2.2.2 Cảm biến sao .................................................................................................... 41
CHƯƠNG 3 - ƯỚC LƯỢNG TƯ THẾ VỆ TINH BẰNG HỢP NHẤT DỮ LIỆU
ĐA CẢM BIẾN 45
3.1 Sơ đồ khối bộ ước lượng tư thế ........................................................................ 45
3.2 Ước lượng tư thế bằng cảm biến sao và cảm biến tốc độ góc sử dụng phương
pháp trọng số ................................................................................................................. 47
3.3 Sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng (Extended Kalman Filter - EKF) ................ 49