Parametric analysis and estimation of the worst attitude accuracy of a satellite

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The paper considers the angular motion of a spacecraft under the influence of various disturbing torques. A method for studying the space of disturbing parameters is proposed to estimate the probability of attitude accuracy falling within a certain interval, as well as to identify the worst accuracy and the corresponding disturbing parameters. To analyze the structure of the entire set of disturbing parameters, a method for obtaining a statistical ensemble and further interpretation of the data is used. The worst value of the attitude accuracy is sought using the particle swarm optimization method, which takes into account the restrictions on the disturbing parameters. A numerical example of analyzing the attitude accuracy in the orbital stabilization mode by both methods is given.

作者简介

A. Drobysheva

Space Research Institute of the Russian Academy of Sciences

Email: stevens_L@mail.ru
Moscow, Russia

S. Tkachev

Keldysh Institute of Applied Mathematics

编辑信件的主要联系方式.
Email: stevens_L@mail.ru
Moscow, Russia

参考

  1. Brasoveanu D., Hashmall J. Spacecraft Attitude Determination Accuracy From Mission Experience // Flight Mech. Theory, NASA, 1994. P. 153–168. https://www.tib.eu/de/suchen/id/BLCP %3ACN003744905
  2. Игнатов А.И., Иванов Г.А., Коломиец Е.С. и др.Реализация режима солнечной ориентации космического аппарата с помощью системы двигателей-маховиков // Косм. исслед. 2023. Т. 61. С. 143–156. https://journals.rcsi.science/0023-4206/article/view/137338
  3. Boussadia H., Mohammed M., Abdelkrim M. et al.Estimation of satellite attitude dynamics and external torques via mixed Kalman/H-infinity filter under inertia uncertainties // Aerosp. Syst. 2023. V. 6. P. 633–640. https://doi.org/10.1007/s42401-023-00235-4
  4. Kim J., Bang H.Observer-Based Disturbance Estimation for a Spacecraft Inertial Pointing Using Magnetic Torquers // Trans. JAPAN Soc. Aeronaut. Sp. Sci. Aerosp. Technol. JAPAN. 2019. V. 17. https://doi.org/10.2322/tastj.17.447
  5. Ivanov D., Roldugin D. Nanosatellite Three-Axis Attitude Control and Determination Using Two Magnetorquers Only // Proc. 9th International Conference on Recent Advances in Space Technologies. Istanbul, Turkey. 2019. P. 761–768. https://doi.org/10.1109/RAST.2019.8767828
  6. Ivanov D., Roldugin D., Ovchinnikov M. Three-Axis Attitude Determination Using Magnetorquers // J. Guid. Control Dyn. 2018. V. 41. P. 1–24. https://doi.org/10.2514/1.G003698
  7. Ivanov D.S., Ovchinnikov M.Y., Penkov V.I. et al. Advanced numerical study of the three-axis magnetic attitude control and determination with uncertainties // Acta Astronaut. 2017. V. 132. P. 103–110. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.11.045
  8. Ulrich S., Côté J., de Lafontaine J.In-Flight Attitude Perturbation Estimation for Earth-Orbiting Spacecraft // J. Astronaut. Sci. 2009. V. 57. https://doi.org/10.1007/BF03321520
  9. Khurshid O., Selkäinaho J., Soken H. et al.Small satellite attitude determination during plasma brake deorbiting experiment // Acta Astronaut. 2016. V. 129. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2016.08.035
  10. Wertz J.Spacecraft Attitude Determination And Control. Springer, 1978. https://doi.org/10.1007/978-94-009-9907-7
  11. ECSS-E-ST-60-10C, Space engineering — Control performance, ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division, Noordwijk, The Netherlands, 2008.
  12. ECSS-E-HB-60-10A, Space engineering — Control performance guidelines, ECSS Secretariat ESA-ESTEC Requirements & Standards Division, Noordwijk, The Netherlands, 2010.
  13. Kennedy J., Eberhart R.Particle swarm optimization // Proc. ICNN’95-International Conf. Neural Networks. Perth, WA, Australia. 1995. P. 1942–1948.
  14. Guerman A.D., Ivanov D.S., Roldugin D.S. et al.Orbital and Angular Dynamics Analysis of the Small Satellite SAR Mission INFANTE // Cosmic Research. 2020. V. 58. P. 206–217. https://doi.org/10.1134/S0010952520030016
  15. Зубов В.И.Лекции по теории управления. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва “Наука”, 1975.
  16. Tsiotras P.New Control Laws for the Attitude Stabilization of Rigid Bodies // IFAC Proc. 1994. V. 27. P. 321–326. https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)45820-4
  17. Овчинников М.Ю., Ткачев С.С., Карпенко С.О.Исследование углового движения микроспутника Чибис-М с трехосным маховичным управлением // Косм. исслед. 2012. Т. 50. С. 462–471.
  18. Барбашин Е.А. Введение в теорию устойчивости. М.: Наука, 1967.
  19. Annenkova A., Abdelrahman N., Ivanov D. et al. CubeSat Magnetic Atlas and in-Orbit Compensation of Residual Magnetic Dipole // Proc. 71th International Astronautical Congress. The CyberSpace Edition. 12–14 October 2020.
  20. Ovchinnikov M., Ivanov D.Approach to study satellite attitude determination algorithms // Acta Astronaut. 2014. V. 98. P. 133–137. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2014.01.024
  21. Ivanov D., Ovchinnikov M., Ivlev N. et al.Analytical study of microsatellite attitude determination algorithms // Acta Astronaut. 2015. V. 116 P. 339–348. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.07.001
  22. Chasset C., Noteborn R., Bodin P. et al.3-Axis magnetic control: flight results of the TANGO satellite in the PRISMA mission // CEAS Sp. J. 2013. V. 5. P. 1–17. https://doi.org/10.1007/s12567-013-0034-9
  23. Bodin P., Larsson R., Nilsson F. et al.PRISMA: An In-Orbit Test Bed for Guidance, Navigation, and Control Experiments // J. Spacecr. Rockets. 2009. V. 46. P. 615–623. https://doi.org/10.2514/1.40161
  24. Ovchinnikov M.Y., Roldugin D.S., Penkov V.I. et al. Fully magnetic sliding mode control for acquiring three-axis attitude // Acta Astronaut. 2016. V. 121. P. 59–62. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2015.12.031
  25. Tkachev S., Mashtakov Y., Ivanov D. et al.Effect of Reaction Wheel Imbalances on Attitude and Stabilization Accuracy // Aerosp. 2021. V. 8. https://doi.org/10.3390/aerospace8090252
  26. Alcorn J., Allard C., Schaub H.Fully Coupled Reaction Wheel Static and Dynamic Imbalance for Spacecraft Jitter Modeling // J. Guid. Control. Dyn. 2018. V. 41. P. 1380–1388. https://doi.org/10.2514/1.G003277
  27. Hoeffding W.Probability Inequalities for Sums of Bounded Random Variables // J. Am. Stat. Assoc. 1963. V. 58. P. 13–30. https://doi.org/10.1080/01621459.1963.10500830
  28. Dvoretzky A., Kiefer J., Wolfowitz J.Asymptotic Minimax Character of the Sample Distribution Function and of the Classical Multinomial Estimator // Ann. Math. Stat. 1956. V. 27. P. 642–669. https://doi.org/10.1214/aoms/1177728174
  29. Kuzin S., Bogachev S., Pertsov A. et al. EUV telescope for a Cubesat nanosatellite // Appl. Opt. 2023. 62. P. 8462–8471. https://doi.org/10.1364/AO.501437
  30. Kennedy R., Eberhart J.Particle swarm optimization // Proc. Int. Conf. Neural Networks. IEEE. Perth, Australia. 1995. V. 4. P. 1942–1948.
  31. Trelea I.C.The particle swarm optimization algorithm: convergence analysis and parameter selection // Inf. Process. Lett. 2003. V. 85. P. 317–325. https://doi.org/10.1016/S0020-0190(02)00447-7
  32. Vanderbergh F., Engelbrecht A.A study of particle swarm optimization particle trajectories // Inf. Sci. 2006. V. 176. P. 937–971.
  33. Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S.Application of the PSO for the construction of a 3-axis stable magnetically actuated satellite angular motion // Acta Astronaut. 2022. V. 195. P. 86–97. https://doi.org/10.1016/J.ACTAASTRO.2022.03.001
  34. Okhitina A., Roldugin D., Tkachev S.Magnetically controllable attitude trajectory constructed using the particle swarm optimization method // 72nd Int. Astronaut. Congr.Dubai,UAE.2021.
  35. Okhitina A., Tkachev S., Roldugin D.Comparative cost functions analysis in the construction of a reference angular motion implemented by magnetorquers // Aerospace. 2023. V. 10. Art.ID. 468.
  36. Белецкий В.В., Яншин А.М.Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников. Киев: Наук. думк, 1984.
  37. Dutoit S.H.C.Graphical Exploratory Data Analysis. Springer, 2012.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».