衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制(3)

前言

《衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制》是《導(dǎo)彈與航天叢書》衛(wèi)星工程系列中關(guān)于衛(wèi)星姿態(tài)運動及控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論和研究成果的專著，它是中國空間技術(shù)研究院北京控制工程研究所眾多工程技術(shù)專家多年來從事衛(wèi)星控制系統(tǒng)研制和工程實踐的經(jīng)驗總結(jié)。本書力圖根據(jù)多年來的研究、開發(fā)和實踐經(jīng)驗，以對完成衛(wèi)星總體任務(wù)具有重要應(yīng)用需求的姿態(tài)控制技術(shù)為主，闡明人造地球衛(wèi)星姿態(tài)的運動規(guī)律及其控制技術(shù)的基礎(chǔ)理論和工程實踐。但書中所涉及的大部分內(nèi)容也適用于更廣義的航天器姿態(tài)動力學(xué)和控制問題。衛(wèi)星的控制包括軌道控制和姿態(tài)控制兩個方面。衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)研究衛(wèi)星繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動運動，而衛(wèi)星姿態(tài)控制主要研究衛(wèi)星姿態(tài)的確定和控制。姿態(tài)確定是利用姿態(tài)敏感器的測量數(shù)據(jù)根據(jù)姿態(tài)確定模型計算衛(wèi)星相對于某個基準(zhǔn)或目標(biāo)的方位，姿態(tài)控制是把衛(wèi)星姿態(tài)保持在給定方向或從原方向機(jī)動到另一要求方向的過程，它包括姿態(tài)穩(wěn)定和姿態(tài)機(jī)動控制。在軌運行的衛(wèi)星都承擔(dān)特定的空間探測、開發(fā)和應(yīng)用任務(wù)，為完成這些應(yīng)用任務(wù)，要求衛(wèi)星姿態(tài)正確地定向在給定的方向上或從原姿態(tài)機(jī)動到另一指向姿態(tài)。典型衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)由姿態(tài)敏感器、控制器、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)與衛(wèi)星動力學(xué)一起構(gòu)成閉環(huán)控制回路。高性能衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)是在姿態(tài)動力學(xué)、姿態(tài)確定和姿態(tài)控制建模的基礎(chǔ)上運用經(jīng)典或現(xiàn)代控制理論和方法實現(xiàn)的。

內(nèi)容概要

　　《衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制》是關(guān)于衛(wèi)星姿態(tài)運動規(guī)律及其控制技術(shù)的專著。全書分4冊，《衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制（3）》是第3分冊，重點闡述為衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)提供姿態(tài)測量信息的各種典型姿態(tài)敏感器，包括衛(wèi)星常用的光學(xué)姿態(tài)測量敏感器（太陽敏感器、地球敏感器、恒星敏感器）和慣性姿態(tài)敏感器（陀螺），及其姿態(tài)測量原理、敏感器的設(shè)計、試驗和標(biāo)定技術(shù)，最后簡要介紹在衛(wèi)星上有不同應(yīng)用價值的地磁姿態(tài)敏感器、射頻敏感器和GPS姿態(tài)確定技術(shù)?！　　缎l(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制（3）》適合于從事衛(wèi)星姿態(tài)敏感器設(shè)計、試驗和應(yīng)用的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

書籍目錄

第16章 太陽敏感器16.1 概述16.1.1 太陽敏感器簡介16.1.2 目前技術(shù)狀態(tài)16.2 太陽敏感器分類16.2.1 模擬式太陽敏感器16.2.2 數(shù)字式太陽敏感器16.3 太陽敏感器設(shè)計16.3.1 總體設(shè)計16.3.2 探頭設(shè)計16.3.3 電路設(shè)計16.4 太陽敏感器試驗與標(biāo)定16.4.1 試驗設(shè)備16.4.2 測試與標(biāo)定參考文獻(xiàn)第17章 地球敏感器17.1 概述17.2 地球的紅外輻射17.2.1 從衛(wèi)星探測地球17.2.2 地球紅外輻射特性的描述17.2.3 地球敏感器敏感波段的選擇17.3 地球敏感器的主要類型17.3.1 自旋掃描地球敏感器17.3.2 圓錐掃描地球敏感器17.3.3 擺動掃描地球敏感器17.3.4 輻射平衡地球敏感器17.4 地球敏感器誤差分析17.4.1 掃描式地球敏感器誤差分析17.4.2 輻射平衡式地球敏感器誤差分析17.5 紅外探測器17.5.1 紅外探測器的類型17.5.2 紅外探測器的主要參數(shù)17.5.3 地球敏感器用紅外探測器17.6 地球敏感器總體設(shè)計的若干問題17.6.1 地球敏感器框圖17.6.2 總體設(shè)計的依據(jù)17.6.3 方案論證17.6.4 參數(shù)優(yōu)化17.7 地球敏感器部件設(shè)計17.7.1 光學(xué)設(shè)計17.7.2 角度傳感器及基準(zhǔn)信號裝置17.7.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計17.7.4 電磁兼容性設(shè)計17.7.5 可靠性設(shè)計17.7.6 地球敏感器主要功能電路17.8 地球敏感器試驗與標(biāo)定17.8.1 專用設(shè)備的選擇17.8.2 功能檢查和精度標(biāo)定17.8.3 地球敏感器在軌標(biāo)定參考文獻(xiàn)第18章 恒星敏感器18.1 概述18.1.1 恒星敏感器的功能和特點18.1.2 恒星敏感器發(fā)展簡史18.2 恒星與背景光的光學(xué)特性18.2.1 恒星的光學(xué)特性18.2.2 背景光的光學(xué)特性18.3 恒星敏感器的分類18.3.1 機(jī)械跟蹤式星敏感器18.3.2 穿越式星敏感器18.3.3 固定探頭式星敏感器18.4 恒星敏感器總體設(shè)計18.4.1 恒星敏感器的主要技術(shù)指標(biāo)18.4.2 總體設(shè)計的主要內(nèi)容18.5 恒星敏感器探頭設(shè)計18.5.1 擋光罩設(shè)計18.5.2 光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計18.5.3 探測器組合件18.5.4 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計18.6 恒星敏感器電系統(tǒng)設(shè)計18.6.1 硬件設(shè)計18.6.2 軟件設(shè)計18.7 恒星敏感器試驗與標(biāo)定18.7.1 試驗與標(biāo)定設(shè)備18.7.2 試驗與標(biāo)定18.8 星圖識別18.8.1 星圖識別的任務(wù)18.8.2 導(dǎo)航星表的建立18.8.3 星圖識別的方法參考文獻(xiàn)第19章 慣性姿態(tài)敏感器19.1 概述19.1.1 慣性儀表的分代19.1.2 慣性儀表在航天器中的應(yīng)用19.1.3 慣性敏感器描述19.1.4 慣性敏感器分類19.2 單自由度液浮速率積分陀螺19.2.1 工作原理和總體結(jié)構(gòu)19.2.2 陀螺馬達(dá)及其軸承或支撐19.2.3 浮子及其支撐19.2.4 傳感器和力矩器19.2.5 溫度控制技術(shù)19.2.6 其他有關(guān)問題19.3 非液浮型陀螺簡介19.3.1 撓性陀螺19.3.2 激光陀螺19.3.3 靜電陀螺19.4 慣性敏感器電子線路19.4.1 功能電路19.4.2 輸出電路19.4.3 輔助電路19.5 慣性敏感器測試技術(shù)19.5.1 靜態(tài)模型及試驗方法19.5.2 動力學(xué)模型及試驗方法19.5.3 隨機(jī)模型19.5.4 慣性姿態(tài)敏感器的幾個特殊試驗19.5.5 陀螺選用準(zhǔn)則參考文獻(xiàn)第20章 其他姿態(tài)敏感器和姿態(tài)測量技術(shù)20.1 概述20.2 地磁姿態(tài)敏感器20.2.1 原理與分類20.2.2 磁通門式磁強(qiáng)計20.2.3 地磁姿態(tài)敏感器的應(yīng)用特點20.3 射頻敏感器20.3.1 射頻敏感器的工作原理20.3.2 射頻敏感器的應(yīng)用20.4 GPS定姿技術(shù)20.4.1 GPS定姿的基本原理20.4.2 GPS定姿誤差分析20.4.3 GPS定姿的性能包絡(luò)20.4.4 GPS定姿技術(shù)在航天器上的應(yīng)用前景參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（1）碼盤式太陽敏感器碼盤式太陽敏感器目前應(yīng)用比較廣泛，因為它既適用于三軸穩(wěn)定衛(wèi)星，又適用于自旋穩(wěn)定衛(wèi)星，而且它的視場大，精度可以從0.5。到幾十角秒。將它歸類于數(shù)字式太陽敏感器的原因是因為碼盤的碼位安排使敏感器的輸出相對于太陽像在碼盤上的線位移是離散的數(shù)字量。（2）陣列式太陽敏感器雖然碼盤式敏感器優(yōu)點很多，但因為目前都應(yīng)用硅太陽電池作為探測器，而碼盤與太陽電池靠粘接等工藝實現(xiàn)，使得太陽電池不可能做得很小。此外，處理電路也較難與探測器緊湊結(jié)合在一起。所以近年來，陣列式太陽敏感器逐漸發(fā)展起來。陣列是指利用集成技術(shù)將較多的光敏二極管有規(guī)則地排列制作在單一的基片上。陣列有單自由度的線陣和雙自由度的面陣。由于一般像素都是等距離刻度的，應(yīng)用于小視場測角時，可獲得較高精度；而應(yīng)用于大視場測角時，由于太陽像的線位移與太陽角的非線性關(guān)系，輸出數(shù)字一般要經(jīng)過換算才能確切代表太陽角的度量。a.光電二極管陣列太陽敏感器1974年發(fā)射成功的荷蘭天文衛(wèi)星（ANS）所采用的精密太陽敏感器就是線陣式光電二極管的一個例子。它所采用的檢測元件由200個光電二極管線陣列組成。這個陣列構(gòu)成動態(tài)移位寄存器的一部分，每個二極管都附有一個雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，太陽光產(chǎn)生一個垂直于該陣列的帶狀像，因此只有一小部分二極管被照到。被光照到的二極管導(dǎo)通，使雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)；通過移位操作，依次送出雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的狀態(tài)，從而可算出太陽角。

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《衛(wèi)星姿態(tài)動力學(xué)與控制(3)》：導(dǎo)彈與航天叢書.第5輯·衛(wèi)星工程系列

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