Una Estrategia de Determinación de Actitud Solo con Magnetómetro para Pequeños Satélites: Diseño del Algoritmo y Pruebas en Bucle de Hardware
Autores: Carletta, Stefano; Teofilatto, Paolo; Farissi, M. Salim
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Una Estrategia de Determinación de Actitud Solo con Magnetómetro para Pequeños Satélites: Diseño del Algoritmo y Pruebas en Bucle de Hardware
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Determinación de actitud
Pequeños satélites
Nanosatélites
Sensores
Algoritmos
Recursos computacionales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
La determinación de la actitud representa una tarea fundamental para las naves espaciales. Lograr esta tarea en satélites pequeños, y en nanosatélites en particular, es aún más desafiante, porque la limitada potencia y los recursos computacionales disponibles a bordo, junto con el bajo presupuesto de desarrollo, imponen estrictas restricciones en la selección de los sensores y la complejidad de los algoritmos. La determinación de la actitud se obtiene aquí a partir de las únicas mediciones de un magnetómetro de tres ejes y un modelo del campo geomagnético, almacenado en la computadora a bordo. Primero, se estiman y procesan las tasas angulares utilizando un filtro Butterworth de paso bajo de segundo orden, luego se utilizan como entrada, junto con los datos del campo geomagnético, para estimar la matriz de actitud utilizando un TRIAD asimétrico. La eficiencia computacional se mejora organizando las operaciones matriciales complejas en una forma del algoritmo de Faddeev, que se implementa utilizando arquitectura de matriz sistólica en el núcleo FPGA de una computadora a bordo de CubeSat. El rendimiento y la robustez del algoritmo se evalúan mediante análisis numéricos en MATLAB Simulink, mostrando una precisión de apuntamiento y tasa angular por debajo de 10 grados y 0.2 grados/s. El algoritmo implementado en FPGA se verifica mediante simulación Hardware-in-the-loop, confirmando los resultados de los análisis numéricos y la eficiencia.
Descripción
La determinación de la actitud representa una tarea fundamental para las naves espaciales. Lograr esta tarea en satélites pequeños, y en nanosatélites en particular, es aún más desafiante, porque la limitada potencia y los recursos computacionales disponibles a bordo, junto con el bajo presupuesto de desarrollo, imponen estrictas restricciones en la selección de los sensores y la complejidad de los algoritmos. La determinación de la actitud se obtiene aquí a partir de las únicas mediciones de un magnetómetro de tres ejes y un modelo del campo geomagnético, almacenado en la computadora a bordo. Primero, se estiman y procesan las tasas angulares utilizando un filtro Butterworth de paso bajo de segundo orden, luego se utilizan como entrada, junto con los datos del campo geomagnético, para estimar la matriz de actitud utilizando un TRIAD asimétrico. La eficiencia computacional se mejora organizando las operaciones matriciales complejas en una forma del algoritmo de Faddeev, que se implementa utilizando arquitectura de matriz sistólica en el núcleo FPGA de una computadora a bordo de CubeSat. El rendimiento y la robustez del algoritmo se evalúan mediante análisis numéricos en MATLAB Simulink, mostrando una precisión de apuntamiento y tasa angular por debajo de 10 grados y 0.2 grados/s. El algoritmo implementado en FPGA se verifica mediante simulación Hardware-in-the-loop, confirmando los resultados de los análisis numéricos y la eficiencia.