Qauternion-based attitude filtering and on-board sensor calibration for small satellies
Küçük uydular için kuaterniyon tabanlı yönelim filtreleme ve yerleşik sensör kalibrasyonu
- Tez No: 854272
- Danışmanlar: PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 159
Özet
Bu tez, özellikle küçük uyduların ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmış, kuaterniyon tabanlı yönelim filtreleme ve yerleşik sensör kalibrasyonu için kapsamlı bir analiz ve detaylı matematiksel formülasyonlar sunmaktadır. Hesaplama maliyetlerini azaltmak ve hata toleransını artırmak için çeşitli yönelim kestirim stratejilerinin geliştirilmesine odaklanılmıştır. Çeşitli algoritmalar arasında karşılaştırmalı analizler yapılmış ve yerleşik sensör kalibrasyonuyla ilgili çeşitli formülasyonlar sunulmuştur. Simülasyonların gerçekleştirilmesinde yoğun olarak MATLAB kullanılmıştır ve sunulan tüm çalışmalar Alçak Dünya Yörüngesinde (LEO) bulunan tek bir küçük uydu düşünülerek yapılmıştır. Çalışmaların hiçbir yerinde gerçek sensör verilerinden faydalanılmamıştır ve sunulan çalışmalar bağıl yönelim kestirimi için değişiklikliğe tabiidir. Tez, Euler açıları gibi diğer popüler yönelim temsillerinin incelenmesini kapsamamaktadır ve yalnızca kuaterniyon tabanlı formülasyonlar sunulmuştur. Ek olarak, herhangi bir şekilde yönelim kontrolü ve yörünge mekaniği konuları hakkında detaylı bir çalışma içermemektedir. Bu tez, hızlı yakınsama ve uyarlanabilirlik için tek çerçeveli yöntemleri Kalman filtrelemeyle birleştiren yenilikçi yönelim kestirim sistemleri önermektedir. Bazı formülasyonlar yüksek doğruluk için durum vektörü içerisinde jiroskop ve manyetometre kalibrasyonun parametrelerini de içermektedir. Özellikle donanım yedekliliğinin sınırlı olduğu küçük uydu sistemlerinde pratik uygulamayı hedefleyen tez, aynı zamanda küçük uydu yönelim kestiriminde gelecekteki araştırma ve geliştirmeler için kapsamlı bir akademik kaynak olarak hizmet etmeyi de amaçlamaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive analysis and novel methodologies for quaternion-based attitude filtering and on-board sensor calibration, specifically tailored to meet the needs of small satellites. It focuses on developing various attitude estimation strategies to reduce computational costs and enhance fault tolerance. Additionally, it encompasses comparative analyses between various algorithms and tackles the challenges associated with sensor calibration. The research, primarily based on simulations using MATLAB and confined to the independent attitude determination of a single small satellite in Low Earth Orbits (LEO), excludes actual sensor data and flight formation scenarios. Emphasizing quaternion methodologies over others, like Euler angles, it doesn't delve deeply into related areas such as attitude control or orbital mechanics. The thesis proposes innovative attitude estimation systems integrating single-frame methods with Kalman filtering for improved convergence and adaptability, and includes gyroscope and magnetometer calibration within the state vector for enhanced accuracy. Targeted at practical implementation in satellite systems, especially where hardware redundancy is limited, the thesis also aims to serve as a comprehensive academic resource for future research and development in small satellite attitude estimation.
Benzer Tezler
- Yönelim çıkarımı için arm tabanlı bir gömülü sistem tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of an arm based embedded system for estimation of the orientation
SÜLEYMAN URMAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜŞTAK ERHAN YALÇIN
- Kuaternion ve genişletilmiş Kalman süzgeci kullanılarak alçak yörünge uydusunun yönelme kestirimi
Attitude estimation of low earth orbit satellite by using quaternion-based extended Kalman filter
HAKAN AYKENT
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİNGİZ HACIYEV
- Attitude and orbit control of a solar sail spacecraft for responsive operational concept
Güneş yelkenli uzay aracının elastik operasyonel konsept çerçevesinde yönelim ve yörünge kontrolü
HALİS CAN POLAT
Doktora
İngilizce
2021
Astronomi ve Uzay BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN TEKİNALP
- Dört rotorlu hava araçları için duruş ve açısal hız kontrol sistemleri tasarımı ve benzetimi
Design and simulation of attitude and angular rate control systems for quadrotor aerial vehicles
MUHAMMED ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolYıldız Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUMİN TOLGA EMİRLER
- Modeling and controller design of an airborne wind energy system
Uçak temelli rüzgar enerjisi sisteminin modellenmesi ve kontrolcü tasarımı
ANIL SAMİ ÖNEN
Doktora
İngilizce
2024
Havacılık ve Uzay MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OZAN TEKİNALP