بررسی اثر رسانش سطوح ماهواره بر تخمین وضعیت با استفاده از سنسور دمایی

نوع مقاله: مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف/تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف

4 پژوهشکده سامانه های ماهواره، پژوهشگاه فضایی ایران

چکیده

نرخ تغییر دمای سطوح ماهواره ناشی از تشعشعات دریافتی در فضا اخیرا به عنوان یک کمیت نوین برای تخمین وضعیت ماهواره معرفی شده است. از آنجا که شار حرارتی خورشید، به عنوان اصلی‌ترین منبع حرارتی فضا، در شرایط غیر از سایه تقریبا به نیمی از سطوح ماهواره نمی‌رسد، اختلاف دما بین سطوح ماهواره زیاد است. این اختلاف دمای بالا، وقوع رسانش بین سطوح را اجتناب‌ناپذیر می‌سازد. از این رو، این مقاله به بررسی اثر رسانش بین سطوح ماهواره و همچنین اثرات ناشی از تشعشات داخلی بر مساله تخمین وضعیت به کمک سنسور دمایی پرداخته است. برای تخمین وضعیت از فیلتر UKF استفاده شده است. الگوی توسعه داده شده برای توصیف تغییرات دما به کمک نرم‌افزار Thermal Desktop و SINDA صحه‌گذاری شده است. نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی‌های مونت کارلو نشان می دهد که لحاظ‌ کردن ترم رسانش سبب بهبود قابل توجه دقت تخمین وضعیت می‌شود، در حالی‌که تشعشعات داخلی ماهواره افت عملکرد تخمین وضعیت را به دنبال دارند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the conduction effect on temperature-based attitude estimation

نویسندگان [English]

  • Maryam Kiani 1
  • Marjan Moghanipoor 2
  • S. Hossein Pourtakdost 3
  • Amir Labibian 4
1 Sharif university of technology, Tehran, Iran
2 Aerospace Engineering department, Sharif university of technology/ Tehran, Iran
3 Aerospace department, Sharif university of technology, Tehran, Iran
4 Iranian Space Research Center
چکیده [English]

Temperature sensors have recently been proposed for attitude estimation (AE) of Low-Earth satellites. However, since half of the satellite surfaces do not receive any heat flux from the Sun, conduction occurs among the satellite surfaces. In this regard, the present study has focused on the effect of surfaces’ conduction as well as inner radiation on AE using temperature sensors. The nonlinear filter of Unsceted Kalman filter is adopted for AE, and the developed model to describe temperature rates is verified using Thermal Desktop and SINDA software. Monte Carlo simulations prove positive effect of the conduction on AE performance against negative role of the inner radiation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • attitude estimation
  • Temperature sensor
  • heat flux
  • Radiation
  • Conduction
[1]   Farrell, J.L., “Attitude determination by kalman filtering,” Automatica, vol. 6, no. 3, 1970, pp. 419–430.

[2]   Thomas, B., “Spacecraft Attitude Determination-A Magnetometer Approach,” Aalborg Universitetsforlag, Research output: Book/Report › (Thesis Ph.D.), 1999.

[3]   Fisher, J. and Vadali, S. R., “Gyroless Attitude Control of Multibody Satellites Using an Unscented Kalman Filter,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 31, no. 1, pp. 245–251, 2008.

[4]   Soken, H. E. and Hajiyev, C., “In flight magnetometer calibration via unscented Kalman filter,” RAST 2011 - Proc. 5th Int. Conf. Recent Adv. Sp. Technol., 2011, pp. 885–890.

[5]   Kiani M. and Pourtakdoust, S.H., “Adaptive Square-Root Cubature – Quadrature Kalman Particle Filter for satellite attitude determination using vector observations,” Acta Astronaut., vol. 105, no. 1, 2014, pp. 109–116.

[6]   Sadeghi, A. R., Sabahi, M. F. and Saberali, S.M., “Using the Joint Probabilistic Data Association Filter for Improving Star Trackers Performance to Accurate Attitude Determination of Spacecrafts,” J. Sp. Sci. Technol., vol. 9, no. 1, 2016, pp. 37–46 (In Persian).

[7]   Adami, A.H. and Nosratollahi, M., “Introducing of Attitude Determination System of a LEO Satellite with Orbital Maneuver Mission,” J. Sp. Sci. Technol., vol. 4, no. 4, 2012, pp. 1–10 (In Persian).

[8]   Oshman, Y. and Carmi, A., “Attitude Estimation from Vector Observations Using a Genetic-Algorithm-Embedded Quaternion Particle Filter,” J. Guid. Control. Dyn., vol. 29, no. 4, 2006, pp. 879–891

[9]   Labibian, A., Pourtakdoust, S.H., Kiani, M. A., Sheikhi, A. and Alikhani, A. “Experimental validation of a novel radiation based model for spacecraft attitude estimation,” Sensors Actuators, A Phys., vol. 250, 2016, pp. 114–122.

[10] Khaniki, H.B. and Karimian, S.M.H., “Determining the heat flux absorbed by satellite surfaces with temperature data,” J. Mech. Sci. Technol., vol. 28, no. 6, 2014, pp. 2393–2398.

[11] Khaniki, H.B. and Karimian, S.M.H., “Satellite Attitude Determination Using Absorbed Heat Fluxes,” J. Aerosp. Eng., vol. 29, no. 6, 2016, p. 04016053.

[12] Labibian, A., Alikhani, A. and Pourtakdoust, S.H., “Performance of a novel heat based model for spacecraft attitude estimation,” Aerosp. Sci. Technol., vol. 70, 2017, pp. 317–327.

[13] Markley, F.L. and Crassidis, J.L., Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, Springer, 2014.

[14] Wie, B., Space Vehicle Dynamics and Control, Second., vol. 134, no. 4. 2007.

[15] Incropera, F.P., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Edition, John Wiley & Sons, 2005.

[16] Fortescue, P., Swinerd, G. and Stark, J., Systems Engineering Spacecraft Systems. 2011.

[17] Mittelmark, M., Sagy, S., Eriksson, M., Bauer, G., Pelikan, J. and Lindström, B., The International Handbook of Salutogenesis. 2016.

[18] “Thermal Desktop,” C&R Technol., vol. Ver. 4.8, 2005.

[19] “SINDA,” C&R Technol., vol. Ver. 4.8, 2005.

[20] Avinash, S. “How many faces of a cube you can see at a time?,” 2016.