Sensor fusion based attitude determination for small satellites
Küçük uydularda sensor füzyonu temelli yönelim belirleme
- Tez No: 292113
- Danışmanlar: PROF. DR. ÇİNGİZ HACIYEV
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 87
Özet
Bu çalışma, İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak ve Uzay Bilimleri Fakültesi Kontrol ve Aviyonik Laboratuarında yürütülen ve TÜBİTAK tarafından desteklenen ITUpSAT II projesi kapsamında yürütülmüştür.Bu tezde, manyetometre ve gyro verileri ile yönelim belirleme altsistemi için geliştirilen kestirim algoritmalarının geliştirilmesi anlatılmaktadır. Her geçen gün ucuz ve hafif uzay araçlarına duyulan ihtiyacın artması küçük uyduların tasarlanmasını cazip kılmaktadır. İletişim ve bunun gibi bir takım zorlu görevin başarılabilmesi yüksek doğruluklu yönelim kontrolü ile mümkündür. Bu, hem uydunun donanımının hem de yazılımının karmaşıklığını gerektirdiğinden, küçük uydularda daha zorlu süreçtir. Küçük uydularda karşılaşılan kısıtlı kütle, büyüklük, güç ve hafıza limitleri daha küçük algılayıcılar ve eyleyicileri kullanmayı gerektirir ki bunların doğruluğu daha azdır. İşte tüm bu dezavantajlara rağmen yüksek doğruluklu yönelim belirleme ve kontrolü, ITUpSAT II projesinin ana gayesidir.Yönelim belirleme işleminin ana elemanı Genişletirmiş Kalman Süzgeci olsa da, bu sürecin başarıyla tamamlanabilmesi bir takım başka yardımcı araçların geliştirilmesi ile mümkün olur. Her bir bileşen Matlab ortamında oluşturulmuştur, yönelim kesitirimi de yine aynı ortamda yürütülmektedir. Tekillik problemini egale edebilmek için uydunun yönelimi, kuvaterniyon adı verilen parametreler ile ifade edilmiştir.Yönelim kestiricisi, manyetometrelerden aldığı manyetik ölçüm verilerini, hesapladığı Dünya'nın manyetik alan vektörü bilgisiyle kıyaslar. Yani görev bilgisyarına bu bilgi ya önceden eklenmeli, ya da görev sırasında, verilen modeller ile çözülerek elde edilmelidir. Hafizanın sınırlı olması sebeiyle, bu verilerin International Geomagnetic Refence Field (IGRF) modeli ile hesaplanması uygun görülmüştür. IGRF modeli oldukça doğru olsa da, bu yolla hesaplanan değerlerin kullanılabilmesi için referans eksenleri arasında dönüştürme yapmak gerekmektedir. Cunku manyetometreler kendi bulundukları eksen takımı üzerinde veri vermektedirler ancak IGRF modeli ile manyetik alan değerleri hesaplandığında sonuçlar Dünya merkezli Dünya'da çakılı eksenlerde tanımlanmıştır. Bu dönüşümlerin yapılabilmesi ve Dünya'nın manyetik alan modelinden hesaplama yaparken gerekli olan konum bilgisinin elde edilebilmesi için Kepler problemi temelli, ancak pertürbasyonlar ile doğrulaştırılmış ve SGP4 isimli bir başka modelin kullanılması ile elde edilen değerler ile başlatılan bir yörünge ilerleticisi kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
This work has primarily been motivated by the ITUpSAT II satellite project of Control and Avionics Laboratory of Istanbul Technical University Aeronautics & Astronautics Faculty and supported by TUBİTAK.This thesis describes the design, analysis and development of estimation algorithms to an attitude determination system based on magnetic ? eld and gyro measurements. The increased demands for inexpensive, lightweight solutions to small spacecraft is the motivation for such a design. In order to achieve complex mission like communication, precise attitude control is mandatory. It is far more difficult to maintain this goal in small satellites as there are restrictions for almost every hardware and also software onboard. Limited mass, size, power and storage let only small actuators and sensors, which means less accuracy. The challenge is to achieve precise attitude determination and control despite all these drawbacks.While the essential component of attitude estimation is the extended Kalman filter, in order to achieve the entire estimation process, some other tools are developed. Each component is coded in Matlab, which is used to run simulations of the entire attitude estimation routine. In order to guarantee globally nonsingular solutions, quaternions are preferred to represent the attitude of the satellite.Attitude estimator, compares the magnetic field values from magnetometers with the information of Earth?s magnetic field for a specific position. So it is essential to load Earth?s magnetic field values to onboard computer beforehand, or to estimate them during the mission. Due to the storage limits, it is better to estimate them onboard, using the International Geomagnetic Refence Field model. Even though IGRF model provide sufficiently accurate values of the field as the magnetic field changes slowly in time, to utilize these estimations, transformations between reference frames must be held. This is because the magnetometers senses the environment with respect to the satellite body reference frame, meanwhile IGRF calculates in Earth Centered Earth Fixed Frame. To handle this, an orbit propagator based on Kepler problem, but enhanced by perturbations and initialized with a more accurate SGP4 propagator is designed to provide position information to the magnetic reference field and the other necessary reference frame transformations.
Benzer Tezler
- Modelling, simulation and testing of artificial neural network augmented kalman filter for ins/gps and magnetometer integration
Yapay sinir ağları ile genişletilmiş kalman filtresinin bütünleştirilmiş ans/kks ve manyetometre ile modellenmesi, simülasyonu ve test edilmesi
DOĞAN YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERHAN İLHAN KONUKSEVEN
DR. VOLKAN NALBANTOĞLU
- Hand gesture recognition for Turkish sign language using electromyography for human-robot interaction
İnsan-robot etkileşimi için elektromyografi kullanarak Türk işaret dili için el hareketi tanıma
MUSTAFA SEDDIQI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HATİCE KÖSE
- Pozisyon ve yönelim tahmini için, genişletilmiş ve kokusuz kalman filtresi yaklaşımlarıyla sensör füzyonu tasarımı ve uygulanması
Sensor fusion design and implementation by extended and unscented kalman filter approaches for position and attitude estimation
HÜSEYİN ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiAviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. VASFİ EMRE ÖMÜRLÜ
- Sensör füzyonu algoritmaları ile açısal konum referans sistemi tasarımı
Attitude and heading reference system design with sensor fusion algorithms
OBEN ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mekatronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN YEŞİLDİREK
- Design and implementation of an AHRS based on an adaptive complementary filter using low-cost sensors
Düşük maliyetli sensörler kullanan uyarlanabilir tamamlayıcı filtreye dayalı AHRS tasarımı ve uygulaması
SENA BÜYÜKBEZİRCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mekatronik MühendisliğiÇankaya ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HALİT ERGEZER