基于量子遗传算法的多光电二极管布局优化

光电二极管是一种体积小、成本低的感光传感器,由至少三个配合可实现太阳矢量的测量,从而可以作为低精度的太阳敏感器。为了尽可能实现在360°视场空间任意方位求解太阳矢量,如何选择光电二极管数量并确定其布局方式是一个难点。文中首先将360°视场空间等表面积离散化,将无限的传感器的布局优化问题转换为有限的组合优化(NP问题难)。然后,通过建立覆盖度和均匀度的多目标优化函数,并结合量子遗传算法求解最优方案。实验分析了不同光电二极管数量和视场范围的布局效果,对多光电二极管的布局优化提供了理论性依据。实验结果显示,选择12~14个光电二极管可以基本实现无覆盖风险和均匀风险的布局。

光电二极管的地球反照光校正及卫星姿态估计

光电二极管作为体积小、成本低的太阳敏感器,可以结合地球敏感器进行卫星三轴姿态估计,但是地球反照光对其具有严重的影响,从而限制了其应用,然而地球反照光数学模型应用复杂。针对此问题,首先建立了一种简化的光电二极管量测模型,将地球反照光设成动态偏置项补偿在光电二极管模型中,并将误差建模为混合高斯噪声。然后应用滑窗估计和随机权重策略动态估计和更新模型中的参数。同时,采用多比例因子分别估计各光电二极管的地球反照光影响,并引入Huber影响函数处理异常值,从而提高了算法鲁棒性和参数估计精度。实验结果表明,采用地球反照光校正的光电二极管量测模型和无迹卡尔曼滤波(UKF)算法可实现卫星的高精度姿态估计,三轴姿态精度能达到0. 2°～0. 3°。