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Der Erweiterte Kalman Filter Zur Echtzeit Satelliten Flugbahn Abschätzung Gerhard Juen.

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Präsentation zum Thema: "Der Erweiterte Kalman Filter Zur Echtzeit Satelliten Flugbahn Abschätzung Gerhard Juen."—  Präsentation transkript:

1 Der Erweiterte Kalman Filter Zur Echtzeit Satelliten Flugbahn Abschätzung Gerhard Juen

2 Agenda Satelliten Kursverfolgungs Systeme Der Kalman Filter Detaillierte Vorteile Abschluss funktionelle Details Satelliten Kursverfolgungs Systeme

3 Das Program Track System Flugbahn Berechnung (offline) Satelliten Model Letzte Position pos COM encoders torque vel COM pos ENC error EST Lage- regelung Motoren

4 Das Autotrack System encoder Kursverfolgung Motoren torque vel COM = 0 error MEAS Lage- regelung

5 Autotrack vs. Program Track autotrackprogram track statische GenauigkeitHoch, bei nicht beschleunigter Antennenbewegung Abhängig von der Genauigkeit der vorgegebenen Flugbahn dynamische Genauigkeitgering: Geschwindigkeits- vorgabe fehlt starkes Reciver Rauschen hoch: vorgegebene Störgrößen Kontrolle kein Empfängerrauschen betriebsbedingter Aufwand geringhoch: Bewegungsablauf muss programmiert werden Bewegungsmodell erforderlich

6 Agenda Satelliten Kursverfolgungs Systeme Der Kalman Filter Detaillierte Vorteile Abschluss funktionelle Details Der Kalman Filter

7 Kalman Filter Kalman filter encoders torque vel COM pos ENC error EST error MEAS Lage- regelung Kursverfolgung Motoren

8 Program Track vs. Kalman Filter Beschaffenheit Zeithorizont Messdauer einfach anspruchsvoll sekunden hours, days minuten hours Program TrackKalman Filter

9 Agenda Satelliten Kursverfolgungs Systeme Der Kalman Filter Detaillierte Vorteile Abschluss funktionelle Details

10 Mathematisches Modell pos ENC Modell basiertes Filtersystem (Kalman Filter) Kalman filter error FILT error EST Empfänger- rauschen error TRUE Flugbahn Empfänger error MEAS Korrektur pos EST vel EST

11 Mathematische Ausgabe der Gleichung Struktur des Kalman Filter Modells Differential des Skalarproduktes erster Ordnung dynamisches verhalten des zugehörigen Parameters x Vektor Schreibweise Vektor Schreibweise

12 r Radius der Kreisbahn des Satelliten Satelliten Bewegungsablaufmodell θ Aktueller Satellitenstandpunkt (auf der Kreisbahn) ß x Neigung der obitalen Ebene zur Kreisbanebene AZoffset koordinierte Rotation um die AZ-Achse.. 4 parameter Modell

13 Satelliten Bewegungsablaufmodell (Gleichungen) AZ, EL Ausgabe- gleichung r, θ, β x, AZoffset Differential- gleichung mit 4 Parametern

14 Agenda Satelliten Kursverfolgungs Systeme Der Kalman Filter Detaillierte Vorteile Abschluss funktionelle Details Detaillierte Vorteile

15 Reduzierung der Parameter Problem der Beobachtbarkeit Rekonstruktion des Verhaltens mithilfe von 2 Sensoren durch Polynomisches Verhalten. Entfernt (auf fixe Werte gesetzt) r = 850kmgute Abschätzungen verfügbar AZoffset = 0 Remaining x

16 Test Erdnahe Satelliten Kreisförmige Erdumlaufbahn Erdnah (Höhe 365km) AZoffset = 45° (ungünstigster fall) Cycle time 50ms Bewegungsablauf

17 Rauschunterdrückung Abgeschätzter Bewegungsfehler Empfängerrauschen BewegungsablaufKalman Filter Bewegungsfehler

18 Agenda Satelliten Kursverfolgungs Systeme Der Kalman Filter Detaillierte Vorteile Abschluss funktionelle Details Abschluss

19 Vorteil 1: Rauschreduzierung Faktor 10 Vorteil 2: Steuerbefehlsabschätzung für beschleunigte Antennenbewegungen Vorteil 3: Kurzzeitvoraussagen um verspätete Steuerbefehle des Kontrollsystems zu kompensieren

20 Zukünftige Arbeiten? Berücksichtigung elliptischer Flgbahnen begrenzte Zeitspanne (60s) Kreisbahnen sind meist ausreichend genau? Berücksichtigung betriebsspezifischer Aspekte e.g. LEOP (Launch and Early Orbit Phase) Zustandsbeurteilung

21 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit !

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