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原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第十讲-基于SMC和四元数的卫星姿态控制示例及Python实现

【代码】Starlink卫星动力学系统仿真建模第十讲-基于SMC的卫星姿态控制示例及Python实现。

2025-02-24 13:52:55 468

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第九讲-滑模（SMC）控制算法原理简介及卫星控制应用

滑模控制（Sliding Mode Control, SMC）是一种变结构控制方法，通过设计一个滑模面（Sliding Surface），迫使系统状态在有限时间内到达该面，并在滑模面上沿预定轨迹滑动至平衡点。其核心特点是强鲁棒性，能够有效抑制参数不确定性、模型误差和外部扰动。滑模面设计：定义滑模面 ( s(t) = 0 )，通常选择误差及其导数的线性组合。例如，对二阶系统：[s(t) = \dot{e}(t) + \lambda e(t) \quad (\lambda > 0)]其中 ( e(t

2025-02-24 11:07:16 970

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第九讲-PID控制算法

PID（Proportional-Integral-Derivative）是一种经典的闭环控制算法，通过调节系统的误差（目标值与实际值的偏差）实现精确控制。其核心思想是通过比例、积分、微分三个环节的综合作用，快速、稳定地消除误差。使用齐格勒-尼科尔斯（Ziegler-Nichols）方法或优化算法（如遗传算法）。

2025-02-24 11:01:30 248

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第八讲-卫星姿轨控系统（AOCS）设计人员应具备的基本技能

既能在数学层面推导控制算法，又能结合实际硬件约束完成系统优化。同时，需保持对新技术（如AI辅助控制、量子陀螺）的敏感度，以适应航天领域的快速发展。卫星姿轨控系统设计人员需兼具。

2025-02-22 12:20:25 1050

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第七讲-卫星姿轨控系统（Attitude and Orbit Control System, AOCS）设计规范

适用于地球轨道卫星（低轨、中轨、同步轨道等）的姿轨控系统设计，涵盖任务分析、系统架构、硬件选型、软件设计、地面验证及在轨测试等阶段。本规范旨在规定卫星姿轨控系统的设计要求、性能指标、设计流程及验证方法，确保系统满足任务需求，具备高可靠性、鲁棒性和可扩展性。：实际设计需结合具体任务需求调整参数，并通过多学科优化（MDO）平衡性能与资源约束。本规范由卫星总体设计部门负责解释，修订需经型号总师批准。

2025-02-22 11:38:55 1227

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇9-导航接收机

导航接收机通过接收和处理卫星信号，提供高精度的位置、速度和时间信息。其核心在于信号捕获、伪距测量和位置解算，常用算法包括信号跟踪、误差校正和多路径抑制等。使用时需注意天线放置、信号遮挡、多路径效应和电磁干扰等问题，并结合多系统兼容、差分校正和数据融合等策略，以提高定位精度和可靠性。

2025-02-20 09:23:57 538

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇8-磁强计

磁强计通过测量磁场强度和方向，广泛应用于导航、姿态控制等领域。使用时需注意校准、环境选择、多传感器融合和数据处理，同时关注温度、振动、磁场干扰等因素，确保测量精度和稳定性。

2025-02-20 09:16:27 254

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇7-反作用飞轮

反作用飞轮系统需结合动力学建模、智能算法和冗余设计，在避免饱和与故障的同时实现高精度控制。未来趋势包括超导轴承飞轮（零摩擦）和AI驱动的自适应控制算法。

2025-02-19 15:33:15 845

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇6-地球敏感器

地球敏感器是航天器姿态控制系统中的重要传感器，用于确定地球相对于航天器的位置和方向。它在卫星、空间站和深空探测器等任务中广泛应用，主要用于姿态控制、轨道调整和导航。本文将介绍地球敏感器的基本原理、使用方法以及相关算法。基本概念地球敏感器是一种光学传感器，通过探测地球的红外辐射或可见光辐射，确定地球的中心位置和边缘轮廓，从而计算地球相对于航天器的方位角和俯仰角。地球敏感器是航天器姿态控制系统中的关键传感器，通过探测地球的红外或可见光辐射，确定地球相对于航天器的位置和方向。

2025-02-19 15:02:05 1215

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇5-太阳敏感器

太阳敏感器是航天器姿态控制和导航的关键设备，具有高精度、高可靠性和低功耗的特点，未来将继续向微型化、智能化和多光谱探测方向发展。太阳敏感器的算法主要包括太阳位置计算和姿态解算两部分。质心法、最小二乘法和边缘检测法是常用的太阳位置计算方法，而TRIAD算法和卡尔曼滤波则常用于姿态解算。未来发展方向包括提高实时性、鲁棒性和多传感器融合能力。

2025-02-19 14:52:09 1093

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇4-磁力矩器

磁力矩器通过高精度闭环控制实现航天器姿态管理，其性能依赖于材料选择、控制算法及标定流程。使用时需严格遵循操作规范，并定期维护以确保可靠性。如需进一步了解标定装置或具体型号参数，可参考专利文献或技术手册。

2025-02-17 09:27:51 447

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇3-陀螺仪介绍

陀螺仪的核心是高速旋转的转子，通过角动量守恒保持其旋转轴方向不变。当外部力矩作用时，会产生进动现象，即旋转轴绕垂直轴旋转。下图为机械陀螺仪。光纤陀螺的使用涉及安装、电源连接、信号处理等多个步骤，正确的操作和维护能确保其长期稳定运行。光纤陀螺（FOG）的核心算法主要用于处理光信号、消除误差并提高测量精度。光纤陀螺的算法涵盖信号解调、误差补偿、滤波和数据融合等，这些算法的优化能显著提升其测量精度和稳定性。光纤陀螺的结构包括光纤环、光源、光电探测器、相位调制器、耦合器、信号处理电路、温度控制模块和外壳。

2025-02-16 23:10:20 1017

原创卫星动力学仿真模型开发之AI初试

以下是通过AI生成的一个简单的C语言仿真模型，用于模拟卫星的姿态、轨道动力学和运动学。该模型基于基本的物理公式，假设卫星在近地轨道上运行，并忽略了一些复杂的扰动因素（如大气阻力、太阳辐射压等）。姿态动力学描述了卫星绕其质心的旋转运动。轨道动力学描述了卫星在引力作用下的运动。姿态运动学描述了卫星姿态随时间的变化。

2025-02-15 23:09:45 245

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇2-激光建链介绍

卫星激光异轨建链算法涉及目标预测、精对准、链路稳定和通信优化等多个方面。通过高精度算法和先进技术，可以实现高速、可靠的卫星间激光通信，为未来卫星星座和深空探测任务提供强大支持。

2025-02-15 23:00:42 799

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模番外篇1-恒星敏感器介绍

恒星敏感器（Star Tracker）是一种用于卫星和其他航天器的高精度姿态测量设备。它通过识别和跟踪恒星的位置，确定航天器在空间中的姿态（即方向）。恒星敏感器在航天任务中至关重要，特别是在需要精确定位的任务中，如地球观测、深空探测和通信卫星。恒星敏感器是卫星姿态控制的关键设备，具备高精度和自主性，广泛应用于各类航天任务。随着技术进步，其性能和可靠性将进一步提升，为未来航天任务提供更强支持。恒星敏感器的使用方法包括安装、校准、运行和维护等步骤。其核心是通过星图识别和姿态计算，为卫星提供高精度姿态数据。

2025-02-15 22:55:21 993

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模前传3-数值积分算法

下面以卫星姿态动力学和运动学方程为例，给出四阶龙哥库塔算法，以下只是工程中的部分代码片段，不能直接运行。递推计算过程中，充分考虑计算时间和积分精度的影响，采用了四阶龙格库塔积分方法，记简化的动力学模型为。

2025-02-15 18:11:42 383

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第六讲-导航制导与控制系统概述

卫星姿轨控系统设计成支撑所有的从发射入轨到卫星工作的任务要求，卫星至少要执行一下操作步骤：发射阶段、转移阶段、部署阶段、任务阶段和离轨阶段，每隔阶段都是由一个或者多个卫星姿轨控模式支持的。a)发射飞行阶段从运载发射到星箭分离前为发射飞行段，姿轨控系统运行在空闲模式，该模式不进行任何姿态控制；当星务计算机检测到卫星已经从发射装置中分离，并将分离信号传递给姿轨控系统，则姿轨控系统自主切换工作模式。b)分离入轨阶段从星箭分离开始到入轨后建立对地稳定的工作状态为分离入轨阶段。

2025-02-15 17:53:00 1185

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第五讲-轨道动力学建模之空间环境干扰力模型

由万有引力定律可知，三体摄动力主要与卫星和第三体的相对位置有关，所以计算日月引力的关键在于计算太阳和月亮的瞬时空间位置由于日、月引力远小于地球中心引力，所以在计算卫星摄动加速度时并不需要知道太阳和月球的最精确坐标，多数情况下使用日月坐标的简化解析公式就可满足卫星轨道预报的要求。大气阻力是作用在低轨卫星上的最大的非引力摄动，同时也是需要考虑因素最多最复杂的一种摄动。不同轨道高度的大气物理特性并不容易确定，其中和大气阻力关系最密切的就是高层大气的密度，计算卫星所处附近空间的大气密度要用到大气密度模型。

2025-02-03 21:51:50 450

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第五讲-轨道动力学建模之地球非球形引力摄动模型

除中心天体加速度外，天体质量分布非对称性和不均匀性对卫星的额外引力称为非球形摄动加速度，一般通过球谐函数展开，地球的非球形摄动计算模型为：

2025-02-03 21:43:08 360

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第四讲-轨道动力学建模之六根数及其与位置速度转换

航天器围绕地球的运动不是简单的二体运动，其运动过程中会受到许多干扰，其中主要有：地球非球形引力摄动、大气阻力摄动、太阳光压摄动、日月引力摄动等。在惯性系中，卫星的运动方程可表示为

2025-02-01 23:42:18 344

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第三讲-执行机构（飞轮和磁棒）建模

在动量控制模式中，飞轮的输入是期望的控制角动量。在动量模式中，有一个转速跟踪回路，摩擦力矩在这个回路里，因此只要回路设计合适，就可以补偿摩擦力矩对转速的影响。由于目前的航天器对姿态稳定系统的要求也越来越高，特别是要求高精度和长寿命，为了满足这样的要求，目前越来越多的航天器采用了飞轮三轴姿态稳定系统，并配合磁力矩器进行角动量管理。对于反作用动量飞轮姿态控制系统，飞轮转速的控制是实现姿态控制产生控制力矩的关键，对于转速的飞轮的控制存在两种不同的工作模式，力矩（电流）模式和)动量（电压或转速）模式。

2025-02-01 23:25:22 481

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模前传3-姿态描述方法

坐标系之间转动的角度大小以及坐标系之间转动的顺序都会对姿态矩阵产生影响。以1、2、3分别表示各种坐标系的x、y、z轴，那么共有十二种转动，且十二种转动顺序主要分为两类：第一类为第一次和第三次转动是绕相同轴转动，第二次是绕另两轴中的一轴转动；第二类为每次转动是绕不同类别的坐标轴进行的。

2025-01-30 23:53:21 208

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模第二讲-空间环境力矩建模

卫星所受外部干扰主要是空间环境干扰力矩，环境力矩由卫星特性与空间环境特性相互作用产生，通常频率很低，与轨道角速度量级相当。主要的环境力矩有重力梯度力矩，太阳辐射力矩，气动力矩，磁力矩等。这些力矩的大小主要取决于卫星运行的轨道高度、质量分布、几何形状、表面特性、太阳活动情况、大气密度、星上磁体及姿态运动。环境力矩的幅值较小，但它们作用于航天器的时间长，成为影响航天器姿态不可忽略的重要因素。在引力场内做轨道运动的任意物体，只要质量分布是非对称的，将受到梯度力矩的作用。1)吸引体仅为地球，且质量分布呈球对称；

2025-01-30 23:34:47 231

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模前传2-坐标系变换

Starlink卫星动力学系统仿真建模前传-坐标系变换

2025-01-30 23:21:31 282

原创 Starlink卫星动力学系统仿真建模前传1-时空系统介绍

对于在轨道上运动的航天器由于速度接近第一宇宙速度，为了获取准确的位置信息对时间的精度要求极高，为了准确描述航天器的运动规律，本节对卫星仿真建模中用到的各种时间系统进行介绍。卫星轨道平面为坐标平面，坐标原点位于卫星系统质心，轴由卫星系统质心指向地心（当地垂线），轴在轨道面内垂直于轴并指向卫星的前进方向，轴同、轴构成右手系，指向轨道面负法线方向。不同坐标系下的建立的运动形式与复杂程度不同，会直接影响运动方程的求解繁简程度，因此，选取适当的坐标系具有重要的意义。定义星体坐标系，该坐标系简记为系，与卫星本体固连。

2025-01-30 00:20:57 1140

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