PEARL立方衛星姿態判定與控制次系統測試與驗證

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姓名

徐美樺(Mei-Hua Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

太空科學與工程學系

論文名稱

PEARL立方衛星姿態判定與控制次系統測試與驗證

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摘要(中)

本文目的為介紹PEARL立方衛星的姿態判定與控制次系統。PEARL-1C實驗立方衛星裝載Ka波段通訊酬載與小型電離層探測儀，將進行高通量通訊實驗與電離層科學資料之蒐集；PEARL-1H實驗立方衛星裝載高通量通訊酬載與光電影像儀，將進行高通量通訊實驗。衛星姿態判定與控制次系統功能為調整衛星姿態，使其符合衛星任務目的之姿態需求，本文詳述姿態判定與控制次系統之測試方法與結果，確認其健康狀態並與衛星電腦、電源供應次系統等界面相容，可正確執行各指令之響應。姿態需求之驗證方法則透過電腦模擬環境與姿態判定與控制次系統電腦形成硬體迴路，進行姿態判定與控制之模擬，確認姿態控制結果能否符合預期之任務需求。

摘要(英)

The purpose of this paper is to introduce the attitude determination and control subsystem of the PEARL cube satellite. The PEARL-1C experimental cube satellite is equipped with a Ka-band communication payload and a Compact Ionospheric Probe, CIP, and will conduct high-throughput communication experiments and ionospheric scientific data collection; the PEARL-1H experimental cube satellite is loaded with a high-throughput communication payload and a photoelectric imager. High-throughput communication experiments will be performed. The function of the satellite attitude determination and control subsystem is to adjust the satellite attitude to meet the attitude requirements of the satellite mission. The system and other interfaces are compatible, and the response of each command can be executed correctly. The verification method of attitude requirements is to form a hardware loop through the computer simulation environment and the attitude determination and control subsystem computer to conduct attitude determination and control simulations to confirm whether the attitude control results meet the expected mission requirements.

關鍵字(中)

★ 立方衛星
★ 珍珠號
★ 姿態判定與控制次系統

關鍵字(英)

★ CubeSat
★ PEARL
★ ADCS

論文目次

目錄
摘要 i
ABSTRACT ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
一、 PEARL姿態判定與控制次系統 1
PEARL衛星任務 1
1.1 姿態判定與控制次系統介紹 2
1.2 任務操作模式之定義 4
1.3 ADCS需求與配置 7
二、 ADCS軟體與硬體介面 8
界面控制 8
2.1 感測器 10
2.2 致動器 13
姿態控制軟體 15
2.3 姿態判定模式 15
2.4 姿態控制模式 16
三、 ADCS功能測試 20
健康狀態檢查 20
3.1 CubeComputer 20
3.2 CubeControl 22
3.3 感測器極性測試 23
3.3.1 磁力計極性測試 23
3.3.2 太陽感測器極性測試 25
3.3.3 地平感測器極性測試 26
3.4 致動器極性測試 26
3.4.1 磁力矩器極性測試 26
3.4.2 反應輪健康檢查與極性測試 30
與OBC的Flat Sat測試 31
3.5 通訊界面與協定 31
3.6 ADCS System State 33
四、硬體迴路測試 36
模擬環境 36
4.1 太空環境模擬 36
4.1.1 太陽位置模擬 37
4.1.2 地球磁場模擬 38
4.2 模擬之感測器訊號 38
4.2.1 Triggered Simulated Sensor Data Command 39
4.2.2 ADCS Configuration 39
4.3 衛星運動與動力學 42
姿態控制模擬 42
4.4 Bdot 42
4.5 Y-Thomson 43
4.6 Y-Momentum 45
五、在軌Commissioning結果 47
5.1 Initial Angular Rate Estimation 47
5.2 Detumbling 51
5.3 Magnetometer Deployment and Calibration 54
5.4 Pitch Angle Estimation 57
5.5 Reaction Wheels Ramp-Up Test 58
5.6 XYZ-Wheel Control 62
5.7 Sun and Nadir Sensor Commissioning 63
5.8 Sun-Tracking 66
5.9 Ground Target-Tracking 68
六、結論 70
參考文獻 71

參考文獻

[1] F. Landis Markley, John L. Crassidis, Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, Springer Science+Business Media, New York 2014
[2] Steyn, W.H., Stability, Pointing, and Orientation. In: Pelton, J. (eds) Handbook of Small Satellites. Springer, Cham., 2020
[3] 蔡惠心, “PEARL立方衛星姿態辨識與控制次系統之設計與模擬,” 國立中央大學, 2021.
[4] SPL, “PRL1C-IRD-0001.2022.03.15,” NCU, 2022.
[5] ――, “PRL1H-IRD-0001.2022.03.15,” NCU, 2022.
[6] CubeSpace, “CubeADCS User Manual,”2020.
[7] ¬¬―――――, “CubeADCS Interface Control Document,”2021
[8] ―――――, “CubeADCS Health Check,”2022
[9] ―――――, “CubeADCS Firmware Reference Manual,”2020
[10] ―――――, “CubeADCS 3-Axis CubeSupport Manual,”2021
[11] ―――――, “CubeADCS 3-Axis Commissioning Manual,”2020

指導教授

趙吉光(Chi-Kuang Chao)

審核日期

2024-8-23

推文