| 姓名 |
曹智涵(Chih-han Tsao)
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畢業系所 |
太空科學研究所 |
| 論文名稱 |
探空十號火箭的姿態重建與分析
(Attitude Reconstruction and Analysis of Sounding Rocket X)
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| 檔案 |
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| 摘要(中) |
國家實驗研究院國家太空中心委託國家中山科學研究院研製的探空火箭，在2014年10月7日完成探空十號的飛試任務後已告一段落。從過去探空五號與七號搭載的磁力計量測結果顯示，火箭的可能姿態與飛試的模擬結果並非一致。因此自探空八號開始，國家中山科學研究院同意搭載由國立中央大學所製作的姿態量測模組（類比式微機電系統加速計、磁力計、陀螺儀組合而成），可對科學資料的校正提供可靠的憑據。然而在探空九號光纖陀螺儀的比較之下，察覺先前採用的陀螺儀在振動環境下無法正確顯示角速度的讀值。並且火箭團隊希望在推進的過程中，能將火箭轉速提升至每秒4.5轉以求飛行穩定。科學團隊則希望在鼻錐罩開啟前，讓轉速降為每秒1轉以求量測穩定。在各種條件改變下，我們在探空十號上採用全數位三軸感測器，重新設計新一代的數位姿態量測模組。本論文將使用探空十號數位姿態模組的飛行量測資料重建火箭姿態，並且與探空八號與九號的姿態量測結果相比較。其證明數位姿態量測模組可符合高低轉速的需求、改善振動環境下的雜訊干擾、可監控減滾裝置運作前後的火箭姿態變異等。 |
| 摘要(英) |
Sounding Rocket X (SR-X), funded by National Space Organization (NSPO) has been successfully launched by National Chung-Shan Institute of Science and Technology (NCSIST) on October 17, 2014. According to data of a three-axes fluxgate magnetometer on board SR-V and SR-VII, the rocket’s attitude is not consistent with the simulation results. Since SR-VIII, an aspectmeter (MEMS analog accelerometers, magnetometers, and gyroscopes) designed and fabricated by NCU is installed on the rockets to provide reliable attitude information for science data calibrations. However, the analog gyroscope of the aspectmeter cannot show correct angular rates under a vibrating condition compared to the fiber optic gyroscope data from the SR-IX. Meanwhile, for stability the SR-X intends to raise the spin rate to 1,620°/s instead of 1,500°/s for the others. A Yo-Yo de-spin is required by scientific team to reduce the spin rate down to 360°/s after the nose cone separation. Under the all new requirements, we re-design a new full digital aspectmeter to incorporate all new digital 3-axis sensors for the SR-X. In this thesis, flight test results of the aspectmeter are used to reconstruct the SR-X’s attitude, and compared with the data of the SR-VIII and the SR-IX. The data indicate that the digital aspectmeter can satisfy the requirements of high--low rotation rates, resistance from the vibration, and monitoring of attitude variation during the Yo-Yo de-spin. |
| 關鍵字(中) |
★ 探空火箭
★ 姿態計
★ 尤拉角 |
關鍵字(英) |
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| 論文目次 |
摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 v
表目錄 ix
符號說明 x
1、 簡介 1
1-1、 探空火箭 1
1-2、 研究動機 3
2、 探空火箭姿態量測模組 5
2-1、 類比式姿態量測模組 5
2-1-1、 使用元件 5
2-1-2、 電路設計及電路佈局 6
2-1-3、 資料封包 9
2-2、 數位式姿態量測模組 12
2-2-1、 使用元件 13
2-2-2、 電路設計及電路佈局 15
2-2-3、 軟體設計 17
2-2-4、 資料封包 18
2-3、 機構外殼設計 20
3、 研究方法 23
3-1、 座標系統 23
3-1-1、 地球慣性座標 23
3-1-2、 地球固定座標 24
3-1-3、 本地水平座標 25
3-1-4、 物體座標 26
3-1-5、 GPS資料與地球固定系統直角座標間轉換 27
3-2、 座標轉換 34
3-2-1、 向量平移 34
3-2-2、 向量旋轉 34
3-3、 姿態表示 36
3-3-1、 方向餘弦矩陣（Directional Cosine Matrix） 36
3-3-2、 尤拉角（Euler Angles） 37
3-4、 姿態修正方法 39
3-4-1、 透過角速度修正尤拉角 39
3-4-2、 透過全球定位資料進行座標軸向修正 42
3-5、 姿態計算流程 45
4、 資料分析 46
4-1、 探空八號 46
4-2、 探空九號 54
4-3、 探空九號光纖陀螺儀 63
4-4、 探空十號 66
4-5、 MEMS陀螺儀與光纖陀螺儀比較 77
4-6、 類比式與數位式MEMS陀螺儀比較 79
5、 討論 81
6、 結論與未來展望 85
7、 參考文獻 88
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| 參考文獻 |
[1]. Chao, C. K., Y. H. Chu, C. L. Su, and S. Minami (2012), In-situ measurement of Ionospheric E-region plasma irregularities over Taiwan, Terr. Atmos. Ocean. Sci., 23(3), 333-342, doi: 10.3319/TAO.2011.12.23.01(AA).
[2]. Geen, J. A., “Progress in integrated gyroscopes,” Aerospace and Electronic Systems Magazine, Vol 19, pp. 12-17, 2004。
[3]. 倪健航，「探空火箭姿態計」，國立中央大學太空科學研究所，碩士論文，2013。
[4]. 吳柏宏，「數位式探空火箭姿態量測模組」，國立中央大學太空科學研究所，碩士論文。2014。
[5]. 莊智清，黃國興，電子導航，全華科技圖書，台北市，民國90年。
[6]. Richard H. Rapp, Geometric Geodesy Part I, 1991。
[7]. Brian Bleeker, Rob MacMilan, Attitude Determination of a Land Vehicle using Inertial Measurement Units, May 2003。
[8]. D. H. Titterton, J.L. Weston, Strapdown Inertial Navigation Technology, Volume 207, Second Edition, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Lexington., 2009。
[9]. Guowei Cai, Ben M. Chen, Tong Heng Lee, Unmanned Rotorcraft Systems，Springer London Dordrecht Heidelberg New York, 2011。
[10]. 林老生，「以神經網路直接將3D空間坐標轉換至2D TM平面坐標」，測量工程（學術論文），第五十卷，第三、四期，第29-42頁，民國97年12月。
[11]. 陳俊德，「慣性導航系統動態與誤差模型之分析」，國立臺灣海洋大學通訊與導航工程系，碩士論文，2005。
[12]. 楊其泰，「基於慣性感測訊號之肢體軌跡重建研究-各類迴旋運動」，國立中央大學機械工程研究所，碩士論文，2012。
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| 指導教授 |
趙吉光
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審核日期 |
2015-7-13 |
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