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Implementation of attitude determination techniques for a small satellite three-axis simulator

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018.

Main Author: Guimarães, Fernando Cardoso
Other Authors: Borges, Renato Alves
Format: Dissertação
Language: Inglês
Published: 2019
Subjects:
Kalman, filtragem de
Microeletrônica
Simulador de satélites
Computadores de bordo
Online Access: http://repositorio.unb.br/handle/10482/34246
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id ir-10482-34246
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spelling ir-10482-342462019-04-01T17:22:32Z Implementation of attitude determination techniques for a small satellite three-axis simulator Guimarães, Fernando Cardoso Borges, Renato Alves Kalman, filtragem de Microeletrônica Simulador de satélites Computadores de bordo Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2018. O projeto e lançamento de pico e nanossatélites – os quais são chamados genericamente de pequenos satélites nesse trabalho – tem sido bastante impulsionados nas últimas décadas. Essa nova tendência é atualmente possível devido aos avanços da microeletrônica e à redução no preço dos sistemas microeletromecânicos. A introdução do padrão CubseSat em meados dos anos 1990 contribuiu decisivamente para as mudanças revolucionárias ocorridas nessa área. Com o objetivo de desenvolver e testar tecnologias a serem aplicadas a pico e nanosatellites, o Laboratório de Inovação e Ciências Aerospaciais da Universidade de Brasília está desenvolvendo um simulador de três eixos para pequenos satélites. O simulador é composto principalmente por uma mesa com rolamento a ar e uma gaiola de Helmholtz, além de outros componentes. A determinação de atitude é um problema de grande importância para um satélite. Neste trabalho um sistema de determinação de atitude baseado em visão computacional foi implementado e testado em laboratório. Usando ângulos de Euler para avaliar seu desempenho, esse sistema produziu resultados com desvios padrão inferiores a 0.5o para todos os três ângulos. Outros métodos implementados foram os algoritmos TRIAD e USQUE desenvolvidos na linguagem C. Esses algoritmos foram executados a 25 MHz em um MSP430 do computador de bordo para CubeSats ABACUS, sendo comparados com sua execução em outras plataformas. O tempo de execução do TRIAD, correspondente a um intervalo de amostragem, foi de aproximadamente 1,7ms. Para o USQUE o tempo de execução foi de aproximadamente 64,5ms. O algoritmo TRIAD seria bastante adequado para um satélite durante a fase de estabilização, enquanto o USQUE seria mais apropriado para a fase subsequente. Esta dissertação de Mestrado deu grandes contribuições para a melhoria dos recursos do laboratório. Ademais, os capítulos teóricos que tratam de representações de atitude e tópicos correlatos, escritos de forma completa e concisa, poderão ser úteis como uma referência para novos estudantes. The design and launch of pico- and nanosatellites – which in this work are generically called small satellites – have been received a great impulse over the last few decades. This new trend is now possible due to the advances in microelectronics and the reduction of the micro-electromechanical systems prices. The CubeSat standard introduction in the mid 1990s decisively contributed to these breakthrough changes in the field. Aiming to design and test technologies to be applied to small satellites, the Laboratório de Inovação e Ciências Aerospaciais at Universidade de Brasília is developing a small satellite three-axis simulator composed by an air-bearing based table and a Helmholtz cage, besides other components. The attitude determination is a problem of a major importance for a spacecraft. In this work an attitude determination method based on computer vision was implemented and tested at laboratory. Using the Euler angles to evaluate its performance, this system produced results with standard deviations smaller than 0.5o for all the three angles. Other methods implemented were the TRIAD and USQUE algorithms developed in C language. The algorithms were executed at 25 MHz in a MSP430 of the CubeSat onboard computer ABACUS, being compared to their execution in other platforms. The execution time for TRIAD, corresponding to a single sampling interval, was of about 1.7ms. For USQUE the execution time was of about 64.5ms. The TRIAD would be very suitable for a spacecraft during the detumbling process, while the USQUE would be more appropriate afterwards, when the satellite is stabilized. The present masters dissertation have made great contributions to increase the laboratory capabilities. Furthermore, the complete and concise theoretical chapters of this work concerning several attitude representations and related topics can be useful as a reference for new students. 2019-04-01T17:22:32Z 2019-04-01T17:22:32Z 2019-04-01 2018-07-30 Dissertação GUIMARÃES, Fernando Cardoso. Implementation of attitude determination techniques for a small satellite three-axis simulator. 2018. xi, 94 f., il. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018. http://repositorio.unb.br/handle/10482/34246 Inglês Acesso Aberto A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.bce.unb.br, www.ibict.br, http://hercules.vtls.com/cgi-bin/ndltd/chameleon?lng=pt&skin=ndltd sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data. application/pdf
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