刘善伍 陈宏宇 张学钢

上海微小卫星工程中心 ,上海 200050

卫星姿态四元数的连续化方法及姿态控制算法研究

刘善伍 陈宏宇 张学钢

上海微小卫星工程中心 ,上海 200050

对无陀螺的微小卫星，提出了一种仅利用磁强计、太阳敏感器作为定姿部件的改进双矢量定姿算法，该算法解决了四元数输出跳变问题，基于该定姿算法确定的连续四元数设计了具有滤波功能的卫星姿态控制算法。仿真结果表明，该算法可保障卫星在任意初始状态下的姿态稳定，提高了可靠性、安全性，具有良好的工程应用前景。 关键词 姿态确定；姿态控制；四元数；微小卫星

对于以中等精度、低成本和小型化为目标的低轨微小卫星来说，以太阳敏感器、磁强计为主组成的姿控系统以其可靠性高、重量轻和功耗低的优点受到广泛关注。国内外许多文章均对此做了阐述，其中，大量的研究集中在卫星姿态角速率信息能通过陀螺等惯性部件直接测量，或通过EKF和UKF等[1-2]估计得到的情况下，采用滑模控制、反馈线性化及LQR等多种方法均能得到理想的控制效果[3-8]。但是在卫星初始入轨阶段，需要进行全姿态捕获时，如果卫星姿态角速率信息无法直接获取，而双矢量定姿等给出的四元数信息中的标量一般定义为正，在卫星翻滚过程中，定姿得到的四元数信息出现跳变，无法从四元数直接解算角速率信息，导致姿态控制律设计困难。

本文以某型号卫星为研究背景，提出一种……