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第1章 绪论 1

1.1 敏捷型对地观测卫星发展现状 2

1.1.1 敏感型卫星的成像模式 2

1.1.2 典型的敏捷型卫星计划 6

1.2 敏捷型对地观测卫星发展趋势 12

参考文献 13

第2章 卫星姿态动力学及运动学模型 15

2.1 引言 15

2.2 姿态描述 15

2.2.1 方向余弦阵 15

2.2.2 欧拉角 16

2.2.3 四元数 17

2.2.4 罗德里格斯参数 18

2.3 参考坐标系定义 19

2.4 刚性卫星姿态动力学与运动学 19

2.5 挠性卫星姿态动力学 21

2.6 空间环境力矩模型 21

2.6.1 重力梯度力矩 21

2.6.2 地磁力矩 22

2.6.3 气动力矩 22

2.6.4 太阳光压力矩 23

参考文献 23

第3章 卫星姿态测量部件及执行机构 24

3.1 引言 24

3.2 01／数字一体化太阳敏感器 24

3.3 星敏感器 27

3.4 磁力矩器 29

3.5 反作用飞轮 32

3.5.1 电流模式的模拟量数学模型 33

3.5.2 采用数字电路后的数学模型 33

3.6 控制力矩陀螺 34

参考文献 36

第4章 卫星姿态确定技术 38

4.1 引言 38

4.2 双矢量定姿 38

4.3 角速度积分定姿 42

4.4 星敏感器和陀螺联合滤波定姿 43

4.4.1 滤波状态变量及状态方程 44

4.4.2 陀螺漂移误差模型 45

4.4.3 状态方程线性化 46

4.5 基于扩展卡尔曼滤波算法的姿态确定 47

4.5.1 系统方程的建立 47

4.5.2 测量方程的建立 49

4.5.3 滤波器设计 49

参考文献 51

第5章 卫星姿态控制技术 52

5.1 引言 52

5.2 PD＋前馈补偿的控制方法 52

5.3 基于递阶饱和的瞬时欧拉轴快速机动算法 52

5.3.1 星体转动的误差角估计算法 53

5.3.2 基于瞬时欧拉轴的机动控制器设计 54

5.4 基于准滑模的快速机动控制 55

5.4.1 SMC定义 55

5.4.2 基于准滑模的快速机动控制设计 56

5.4.3 SMC控制系统的稳定性分析 57

5.5 基于LESO的准滑模快速机动控制 59

5.5.1 算法设计 60

5.5.2 稳定性分析 62

5.5.3 仿真与分析 63

5.6 基于终端滑模变结构的快速机动控制 68

5.6.1 小型卫星姿态数学模型 68

5.6.2 终端滑模控制方案设计 69

5.6.3 仿真研究 72

5.7 基于模型预测控制的卫星姿态控制 77

5.7.1 面向状态预估的控制模型建立 77

5.7.2 金字塔构型CMG群系统模型 79

5.7.3 卫星姿态机动路径的三段式规划 80

5.7.4 基于滚动时域优化的CMG群框架角速度跟踪律设计 84

5.7.5 仿真与分析 86

参考文献 95

第6章 控制力矩陀螺操纵律设计 96

6.1 引言 96

6.2 SGCMG的基本原理 96

6.3 SGCMG的奇异原理 98

6.3.1 SGCMG的奇异的定义 98

6.3.2 SGCMG的角动量奇异面 99

6.3.3 SGCMG的奇异面分类 100

6.4 几种典型的操纵律及分析 106

6.4.1 奇异回避操纵律 107

6.4.2 奇异逃离操纵律 108

6.4.3 混合操纵律 110

6.4.4 力矩输出能力最优原理 111

6.5 基于力矩输出能力最优的操纵律设计 112

6.5.1 最优框架角速度的求取 112

6.5.2 操纵律设计 113

6.5.3 框架锁定现象分析 114

6.5.4 力矩输出误差分析 115

6.6 仿真与分析 117

6.6.1 恒定力矩仿真 117

6.6.2 星体大角度机动仿真 124

6.7 基于高斯伪谱法的SGCMG最优轨迹规划 128

6.7.1 轨迹规划中的连续最优控制问题 128

6.7.2 高斯伪谱法基本原理 130

6.7.3 自适应高斯伪谱法基本原理 137

6.7.4 轨迹优化与分析 141

参考文献 148

第7章 卫星姿态控制仿真技术 151

7.1 引言 151

7.2 全链路数学模型和STK显示成像系统设计与搭建 151

7.2.1 数学仿真参数设计 151

7.2.2 数学仿真系统框架设计 153

7.2.3 全链路成像Simulink模型建立 153

7.3 条带拼接成像姿态仿真与成像分析 156

7.3.1 Simulink条带拼接成像仿真 158

7.3.2 STK条带拼接成像仿真 163

7.4 自适应微光凝视成像姿态仿真与成像分析 165

7.4.1 Simulink自适应微光成像仿真 165

7.4.2 STK自适应微光成像仿真 168

7.5 钟摆式搜索成像姿态仿真与成像分析 169

7.5.1 Simulink钟摆式搜索成像仿真 169

7.5.2 STK钟摆式搜索成像仿真 171

7.6 地面转台实验技术 172

7.6.1 系统设计 172

7.6.2 卫星全物理仿真系统功能及工作模式 178

7.6.3 数学模型与全物理仿真实验 178

参考文献 182

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