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

3.201/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

5.2PD+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

5.4.1SMC定义55

5.4.2基于准滑模的快速机动控制设计56

5.4.3SMC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

6.2SGCMG的基本原理96

6.3SGCMG的奇异原理98

6.3.1SGCMG的奇异的定义98

6.3.2SGCMG的角动量奇异面99

6.3.3SGCMG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

7.3.1Simulink条带拼接成像仿真158

7.3.2STK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

7.4.1Simulink自适应微光成像仿真165

7.4.2STK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

7.5.1Simulink钟摆式搜索成像仿真169

7.5.2STK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