{pt_PT=Attitude Determination for the NANOSTAR Project} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=O Sistema de Determinação e Controlo de Atitude (ADCS) de um nanosatélite é um subsistema chave no fornecimento preciso de atitude, algo necessário para apontar instrumentos e realizar manobras. O seu design está bastante condicionado em termos de massa, volume, tamanho, custo e potência. O objetivo principal desta dissertação é fornecer o projeto NANOSTAR com um estudo fundamentado em termos dos algoritmos de determinação de atitude e sensores que podem ser utilizados nas missões desenhadas no âmbito do projeto. Para isso, foi desenvolvida uma plataforma de simulação que descreve realisticamente o ambiente do nanosatélite, permitindo geração e propagação de órbitas, e ao mesmo tempo fornecimento de dados ao ADCS. De seguida, três algoritmos de determinação de atitude representativos, nomeadamente o Estimador de Quaternião (QUEST), o Filtro de Kalman Estendido Multiplicativo (MEKF) e um recentemente desenvolvido Observador Não Linear de Atitude Globalmente Exponencialmente Estável, foram estudados e implementados na plataforma desenvolvida, utilizando medidas de um star tracker, sensor solar, magnetómetro e giroscópio. Finalmente, foi feita uma comparação dos três algoritmos em termos da eficiência de recursos computacionais usados, desempenho em estado estacionário e desempenho em caso de falhas, usando simulações realistas. Os resultados obtidos providenciam ao projeto uma importante análise das vantagens, desvantagens, complexidade, eficiência de recursos computacionais e desempenho dos três algoritmos, que permitirá futuras tomadas de decisão fundamentadas no design do ADCS., en=The Attitude Determination and Control System (ADCS) of a nanosatellite is a key subsystem to provide precise attitude knowledge and pointing for the on-board payload and necessary maneuvers. Its design has serious constraints in terms of mass, volume, size, cost and power. The main goal of this dissertation is to provide the NANOSTAR project with a grounded study in terms of attitude determination algorithms and sensors that can be employed in the missions designed under the scope of the project. For that, a simulation platform that realistically describes the nanosatellite environment, allowing orbit generation and propagation, as well as data creation to feed the ADCS was developed. Then, three representative attitude determination algorithms, namely the Quaternion Estimator (QUEST), the Multiplicative Extended Kalman Filter (MEKF), and a recently developed Globally Exponentially Stable Cascade Attitude Nonlinear Observer, were studied and implemented on the platform developed, using vector measurements provided by a star tracker, Sun sensor, magnetometer and rate gyroscope. Finally, the comparison of the three algorithms in terms of computational resources efficiency, steady-state performance and performance in the case of faults is done, using realistic simulation scenarios. The results obtained provide meaningful insight on the advantages, disadvantages, complexity, computational resources efficiency and performance of the three algorithms, providing the project with a grounded analysis that can be used for future decision making in terms of the ADCS design.}

Discussão: novembro 25, 2019, 17:30

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Hugo Miguel Martins Marques (ist180929)

ORIENTADOR

Paulo Jorge Coelho Ramalho Oliveira

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado