طراحی الگوریتم کالیبراسیون روی برد حسگر مغناطیسی ماهواره با استفاده از روش های پاسخ متمرکز و فیلتر کالمن دو مرحله ای

حسگر مغناطیسی یکی از حسگرهای مهم مورد استفاده در سیستم تعیین وکنترل وضعیت ماهواره است. با توجه به بروز خطاهای مختلف در هنگام جدا شدن ماهواره از ماهواره بر و همچنین هنگام چرخش ماهواره در مدار، لازم است پارامترهای این حسگر به شکل روی برد دوباره اصلاح گردد. برای این منظور در این مقاله راهکارهایی برای استخراج پارامترهای حسگر ارائه شده است که در آنها نیاز به دانستن وضعیت لحظه ای ماهواره نمی باشد. در این راستا ابتدا یک مدل از حسگر مغناطیسی ارائه شده که بر خلاف مدل های مرسوم شامل اثر غیرخطی، اثر هیسترزیس، اثر کوانتیزه کردن داده ها، اثر نفوذپذیری و خطای نصب است. در ادامه به منظور کالیبراسیون روی برد حسگر، ساختارهای سری دو مرحله ای خارج از خط و برخط پیشنهاد شده است. در حالت خارج از خط، از ترکیب دو الگوریتم پاسخ متمرکز و لونبرگ مارکارد استفاده شده است و در حالت برخط دو الگوریتم مبتنی بر فیلتر کالمن توسعه یافته و خنثی پیشنهاد گردیده است. با استفاده از راهکارهای معرفی شده می توان انواع خطاهای حسگر شامل بایاس، ضریب مقیاس و خطای نصب را بطور همزمان تعیین نمود و دقت کالیبراسیون را در قیاس با کارهای مشابه بهبود بخشید. نتایج شبیه سازی روی یک ماهواره نزدیک به زمین نشان می دهد که این دو روش پارامترهای حسگر را با دقت قابل قبول استخراج می کنند. بر این اساس، رویکرد مبتنی بر پاسخ متمرکز هر چند دارای زمان محاسبات و همگرایی کوتاه تر در قیاس با روش های برخط دارا می باشد اما دارای دقت کمتر می باشد.

Design of On Board Calibration Algorithms of Satellite Magnetometer based on Two Stage Centered Solution and Kalman Filter Methods

Magnetometer is one of the most important sensors used in the satellite attitude determination and control system. Due to occurrence of various errors when the satellite is separated from the launcher and also during its rotation in the orbit, it is necessary to readjust onboard the sensor parameters. For this purpose, some solutions are proposed in this paper in which the satellite current attitude is not required. In this regard, first a magnetometer model is presented that despite conventional models; it includes nonlinearity, hysteresis and data quantization effects, permeability and installation error. Then, for sensor onboard calibration purposes, two stagesoffline and twostage online series structures are suggested. In the offline case, the centered solution and Levenberg Marquardt methods have been integrated. Also, the extended and unscented Kalman filters are integrated for online case. Utilizing the suggested algorithms, different errors including bias, scale factor and installation errors are simultaneously determined and also the accuracy is improved compared to the similar works. The simulation results for a Leo satellite show that the sensor parameters are derived with acceptable accuracy. Accordingly, it will be illustrated that the centered solution method has lower computational load and shorter time convergence, but it has lower accuracy with respect to online methodology.