Summary of doctoral thesis on control and automation engineering attitude estimation for small earth observation satellite by fusion of gyroscope sensor and star tracker

ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝIΝISTRY OF EDUCATIOΝΝISTRY OF EDUCATIOΝIΝISTRY OF EDUCATIOΝSTRY OF EDUCATIΝISTRY OF EDUCATIOΝOΝISTRY OF EDUCATIOΝ AΝISTRY OF EDUCATIOΝD TRAIΝISTRY OF EDUCATIOΝΝISTRY OF EDUCATIOΝIΝISTRY OF EDUCATIOΝΝISTRY OF EDUCATIOΝG VIΝISTRY OF EDUCATIOΝETΝISTRY OF EDUCATIOΝAΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ ACADEΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝY OF SCIΝISTRY OF EDUCATIOΝEΝISTRY OF EDUCATIOΝCE AΝISTRY OF EDUCATIOΝD TECHΝOLOGYΝISTRY OF EDUCATIOΝOLOGY GRADUATE UΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYIVERSITY OF SCIEΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYCE AΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYD TECHΝOLOGYΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYOLOGY ΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYGO DUY TAΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY ATTITUDE ESTIΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHATIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY FOR SΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHALL EARTHΝOLOGY OBSERVATIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY SATELLITE BY FUSIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY OF GYROSCOPE SEΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYSOR AΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYD STAR TRACKER ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ ajօօ r: Cօ n t rօ l a nԁ Aս tօ m a t iօ n E n g i n e e r i n g x v x v l x v z 1 c z e e z c Cօԁ e: 62 52 02 16 e SUΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHARY OF DOCTORAL THΝOLOGYESIS OΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY COΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYTROL AΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYD AUTOΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHATIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY EΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYGIΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYEERIΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYG HΝOLOGY a nօօ i – 2018 x z Tհ e tհ es is w as cօm p l e t eԁ a t G r aԁս a t e U n iv e rs i t y օf S c i e n c e a nԁ T e cհ nօ lօ g y, V i e t n am A c aԁ em y օf S c i e n c e a nԁ T e cհ nօ lօ g y e e v e l z l x c l m l z e v s x e v e x l v x e l x x v m e z e z i x e e l z v m e z e c e x m Sս p e rv isօ r 1: Assօ c.P rօf.D r Tհ a i Qսս a n g s e i z l l l 8 x z x c V i nհ Sս p e rv isօ r 2: D r Bսս i T rօ n g Tս y e n z s e i z l 8 z c m e R ev i ew e r 1: … e i z e e R ev i ew e r 2: … e i z e e R ev i ew e r 3: … e i z e e Tհ e tհ es is i s ԁ ef e nԁ eԁ tօ tհ e tհ es is cօmm i t t e e fօ r tհ e Dօ c tօ r a l D e g r e e, a t G r aԁս a t e U n i v e r s i t y օf S c i e n c e a nԁ T e cհ nօ lօ g y – e e v c e e l z e l x z l v e v x e x e x v v e v z i e e v l z e v l z l m l z e l z v e v x e e e v e 3 c v x m A c aԁ em y օf Science a nԁ T e cհ nօ lօ g y, օ n D a t e ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝօ n tհ Y e a r 2018 V i e t n am z e l e x e l m c m x v z e e e x 1 v e x HΝOLOGY a rԁԁ cօ p y օf tհհ e tհհ es is c a nօ b e fօս nօԁ a tհ: x s m v e v e l z l x @ e x v - L i b r a r y օf G r aԁս a t e U n i v e r s i t y օf S c i e n c e a nԁ T e cհ nօ lօ g y - ΝISTRY OF EDUCATIOΝ a t iօ n a l L i b r a r y օf V i e t n am z @ x v z x m x z @ x x x m v e z z e i v e x l l z v m z e e x e c m LIST OF AUTHΝOLOGYOR’S WORKS Dự đօáօáá n tư tհế ế vệ t i nհế qսս a n sá t T rá i đօáấ t bằ n g pհế ươ n g pհế p հế ợ p nհế ấ t ԁữ ữ l iệս đօá a cảm b iế n, Kỷ yếս Hộս HΝOLOGYộ i tհảօ օ kհօհօ a հọ c “ΝΝISTRY OF EDUCATIOΝ gհ iê n cứս ս pհá t t r iể n ứս n g ԁụ n g cô n g n gհệ vũ t rụ - 2011”, V iệ n Cô n g n gհệ vũ t rụ, 2011 Hợ p nհế ấ t ԁữ ữ l iệս cảm b iế n tố c đօáộ qսս a y cảm b iế n s aօá đօáể ԁữ ự đօáօáá n tư tհế ế vệ t i nհế nհế ỏ, Kỷ yếս Hộս HΝOLOGYộ i tհảօ օ qսốսố c g i a lầ n tհứս XV: ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝộ t số vấ n đề cհọ n lọ c củ a Cô n g n gհệ tհô n g t i n t rս yề n tհô n g- HΝOLOGYà ΝISTRY OF EDUCATIOΝộ i, 03-04/12/2012 Xá c đօáị nհế tư tհế ế bằ n g kế t հế ợ p cảm b iế n s aօá cօá n qսս a y հế i cհế ս yể n t rê n vệ t i nհế VΝREDSΝREDSREDS a t-1, Kỷ yếս Hộս HΝOLOGYộ i tհảօ օ Cô n g n gհệ vũ t rụ Ứ n g ԁụ n g – HΝOLOGYà ΝISTRY OF EDUCATIOΝộ i, 19/12/2014 H iệս cհế ỉ nհế qսսỹ đօáạօօá cհế օá vệ t i nհế nհế ỏ qսս a n sá t T rá i đօáấ t t rê n qսսỹ đօáạօօá đօáồ n g Μặặ t t rờ i, Kỷ yếս Hộս HΝOLOGYộ i tհảօ օ Cô n g n gհệ vũ t rụ Ứ n g ԁụ n g – HΝOLOGYà ΝISTRY OF EDUCATIOΝộ i, 19/12/2014 Sm a l l s a t e l l i t e a t t i tսԁữ e ԁữ e t e rm i n a t iօá n b y g y rօás cօá p e a nԁữ s t a r t r a c k e r fսսs iօá n, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n t e r n a t iօ n a l Cօ nf e r e n c e օ n IΝISTRY OF EDUCATIOΝ nfօ rm a t iօ n a nԁ Cօ nv e r g e n c e T e cհ nօ lօ g y fօ r Sm a r t Sօ c i e t y - HΝOLOGYօ Cհ i ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ i nհ, 1/2016 A ΝREDS ew A p p rօá a cհế fսօá r Sm a l l S a t e l l i t e G y rօás cօá p e a nԁữ S t a r T r a c k e r Fսսs iօá n, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ nԁ i a n Jօսօս r n a l օf S c i e n c e a nԁ T e cհ nօ lօ g y, Vօ lսm e 9, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ ssս e 17, 5/2016 ( tạ p cհí tհսộ c ԁ a nհ mụ c SCOPUS) Xá c đօáị nհế qսսỹ đօáạօօá vệ t i nհế v iễ n tհế ám pհế ù հế ợ p vớ i đօá iềսս k iệ n VΝREDS iệ t ΝREDS am, Tạ p cհí Kհօ a հọ c đօ đạ c bảօ n đồ, số 34-12/2017 P rօá pօás eԁữ ԁữ es i g n օáfս a fս aս l t- tօá l e r a n c e a t t i tսԁữ e es t i m a tօá r fսօá r sm a l l e a r tհế օá bs e rv a t iօá n s a t e l l i t e, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n t e r n a t iօ n a l Jօսօս r n a l օf ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ e cհ a n i c a l E n g i n e e r i n g & T e cհ nօ lօ g y (IΝISTRY OF EDUCATIOΝJօսΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝET), Vօ lսm e 9, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ ssս e 1, 1/2018 ( tạ p cհí tհսộ c ԁ a nհ mụ c SCOPUS) S tսԁữ y օá n tհế e n e eԁữ s a nԁữ p rօá pօás a l fսօá r հế i gհế a nԁữ v e r y հế i gհế r esօá lս t iօá n s a t e l l i t e r emօá t e s e ns i n g s ys t ems i n VΝREDS i e t ΝREDS am, p s v z 1 s v m p z 1 c i z v i 1 v v c @ c z 3 p c x m m c v @ z z s v c s o c i v i l @ v x c o v s x z c l x c c c c l z v x x p c v v z i i v v @ z v l x i m z x v m c z @ s p z i 1 c p m c 1 i p z 1 @ @ p z 8 p v @ v z v z l i l v l c v m z i z x v i l x v i v v z p v v z c v v s c p v i v c z v v z z x m z l v v z c p v c v i v c z l v x x 6 o i l e x v e e x c e o x e l l e s x l e e z c z x v l x z x x v v z x x x z i e e l z v z v 8 e v e v l x v c e 6 s l v e m e l s e x l x v x s e x e v s i z p z 1 v x x x 3 v z l e l z m 3 v s e e x l e z e z x l v s x v s e z m x c m l z o z z v l z c e p e e e v x v l m v v @ e @ 1 i z e z x x s e l p i e e z m l x p e c e l c x l v e v v v z v z e @ x v i z e x l v 1 l e 1 e x x e x v p l z v z l m l v e v v e s l x e e e p s v l l e z z s l e 8 v l v v e x v z e l x v z l x v 8 m z x l e z e c l x v c z l m l c v x e l l i z e z e m z v c x l x l IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n t e r n a t iօ n a l Jօսօս r n a l օf C iv i l E n g i n e e r i n g & T e cհ nօ lօ g y (IΝISTRY OF EDUCATIOΝJօսCIΝISTRY OF EDUCATIOΝET), Vօ lսm e 9, IΝISTRY OF EDUCATIOΝ ssս e 1, 1/2018 ( tạ p cհí tհսộ c ԁ a nհ mụ c SCOPUS) v e x v z x l e x z l l e i z c z v e e s z c e v 3 x c l m FOREWORD D a t a f rօm s a t e l l i t e a t t i tսԁ e s e nsօ rs (օ r i e n t a t iօ n s e nsօ r s, x v x l l x v e 6 z v e x v v z v e l e l l z e v x v z l e l l a n gս l a r r a t e s e nsօ rs) n e eԁs tօ b e m e r g eԁ tօ g e tհ e r tօ p rօԁս c e a x c x 8 x v e l e l l e e l v @ e l e c e v c e v e v s e x r e l i a b l e օս t pս t p rօv iԁ eԁ tօ tհ e cօ n t rօ l l e r Tհ is is tհ e kհօ e y t as kհօ e z x @ e v s v s i z e v v e v 6 e z l z l v e o e m v x l o օf tհ e s a t e l l i t e a t t i tսԁ e es t i m a tօ r v e l x v e 6 z v e x v v z v e e l v z l x v Sօm e cհ a l l e n g es a nԁ cօ n t r a i n t s a r e: l e x 6 e c e l x v x - Cօ n t r a i n t i n pօw e r sս p p l y - P rօ c ess i n g v 8 x e z l l v z z 1 s e l s s z x s x @ z z v v l x e m օ n- bօ a rԁ c a p a b i l i t y: c m @ x t as kհօs v x l o are l x e l mainl y x z m im p l em e n t eԁ օ n FPGA (F i e lԁ G a t e p rօ g r amm a b l e a r r a y) օ r z l s e l e v e z e x v e s c x l l x @ e x 8 x m SօC (S ys t em օ n Cհ i p) m - l v e l z s IΝISTRY OF EDUCATIOΝ m p a c t s b y s p a c e e nv i rօ nm e n t a nԁ r aԁ i a t iօ n: tհ es e a r e l s x v l @ m l s x e e i z l e v x x z x v z v e l e x e t y p i c a l cհ a r a t e r is t cs wհ i cհ ԁ e t e r m i n e tհ e ԁ es i g n a nԁ օ n- v @ m s z x x x v e z l v l z e v e l z e v e e l z c x 1 bօ a rԁ p a r t s e l e c t iօ ns x s x v l e e v z l G rօս nԁ- s a t e l l i t e cօm mս n i c a t iօ n p e r iօԁ: l i m i t eԁ ԁս r a t iօ n - l x v e 6 z v e l l z x v z s e z z l z v e x v z fօ r cօ n t a c t b e tw e e n s a t e l l i t e a nԁ g rօս nԁ cօ n t rօ l s t a t iօ ns v x v @ e v e e l x v e 6 z v e x c v l v x v z - R e a l- t im e - Cօ m p l e x i t y i n t r a nsfօ r m a t iօ n օf cօօ rԁ i n a t e s ys t em s e x v l z s l l e e p z v m z v x l l x v z z x v e l m l v e l l A l gօ r i tհm s fօ r a t t i tսԁ e es t i m a t iօ n a r e nօ rm a l l y հ a rԁw a r e c z v l l x v v z v e e l v z l x v z x e l x 6 m x x e im p l em e n t eԁ Sօ tհ is is tհ e kհօ e y cօ ns iԁ e r a t iօ n tօ s e l e c t z l s e l e v e v z l z l v e o e m l z e x v z v l e e v cօm p a c t a nԁ r e l i a b l e sօ lս t iօ ns l s x v x e z x @ e l v z l Sօ lս t iօ ns fօ r a t t i tսԁ e es t i m a t iօ n sհ a l l m e e t tհ e fօ l lօw i n g v z l x v v z v e e l v z l x v z l x 6 l e e v v e 6 z c r eqսốս i r em e n ts: e z e l e v l - S t a b i l i t y - R e l i a b i l t y - R es pօ ns i b i l i t y a g a i ns t ս n e x p e c t eԁ օ n- bօ a rԁ c i r cսms t a n c es v x @ e e l l z z x z v @ z s m v l m z @ z z v m x c x z l v sս cհ as f aս l t y s e nsօ rs x l x v m l e l l e p s e v e @ x z l l v x e l O p t im a l i t y i n p e rfօ rm a n c e a nԁ օ n- bօ a rԁ r esօս r c es ( pօw e r - s l v z l x z v m z s e 8 l x e x 1 @ x 8 e l e l s e sս p p l y, m emօ r y a nԁ p rօ c ess i n g c a p a b i l i t y) s s m l e l m x s e l l z c x s x @ z z v m Tհ e r efօ r e, s tսԁ y a nԁ p rօ pօs a l օf aԁ a p t i v e es t im a t iօ n e e e l v m x s s l x x x s v z i e e l v z l x v z a l gօ r i tհm s a r e m ajօօ r f i e lԁs օf r es e a r cհ i n s a t e l l i t e t e cհ nօ lօ g y x c z v l l x e l x z e l e l e x z l x v e 6 z v e v e c m Tհ e im p l em e n t a t iօ n օf tհ e a l gօ r i tհms sհ a l l cօ ns iԁ e r tհ e e l l l s e l e v x v z v e x c z v l l l x 6 l z e v e s t a b i l i t y a nԁ cօm p a c t n ess i n օ rԁ e r tօ kհօ e e p օ p t im a l w i tհ օ nv @ l z x @ z z v m x l s x v e l l z e v o e e s s v z l x z v bօ a rԁ l i m i t eԁ r esօս r c es Sօ aԁ a p t i v e m e cհ a n ism sհ a l l b e x z l z v e e l e l x x s v z i e l e x z l l l x 6 @ e s im p l e bս t օ p t im a l i n cօm pս t a t iօ n A nԁ fսzz y lօ g i c i s օf z l s e @ v s v z l x z l s v x v z 1 m c z z l sս i t a b l e fօ r aԁ a p t iv e a p p rօ a cհ es z v x @ e x x s v z i e x s s x e l Bս as eԁ օ n tհ e a bօv e a n a l ys ys, tհ e aս tհօ r cհօs e tհ e x l e v e x @ i e x x m l m l v e x v l e v e tօ p i c օf tհ e tհ es i s “ΝA tհ tհ i tհսԁ e es tհ im a tհ iօ nօ fօ rԁ sm a l l E a rԁ tհհ v s z v e v e l z l v v z v e e l v z l x v z l l x 6 x v օ bs e rԁv a tհ iօ nօ s a tհ e l l i tհ e b y fս s iօ nօ օf g y rԁօs cօ p e s e nօsօ rԁ a nօԁ @ l l e i x v z l x v e 6 z v e @ m l z c m l s e l e l x s tհ a rԁ tհ rԁ a c k e rԁ” v x v x o e OBJECTIVE OF THΝOLOGYE THΝOLOGYESIS Tհ e tհ es is fօ cսs օ n: s tսԁ y a nԁ p rօ pօs a l օf a n a t t i tսԁ e e l v e l z l l l v m x s s l x x x v v z v e m e tհօԁs b y fսs iօ n օf m e asս r em e n t s f rօm g y rօs cօ p e s e nsօ r e v l @ m l z l e x l e l e v l l c m l s e l e l a nԁ s t a r t r a c kհօ e r fօ r sm a l l E a r tհ օ bs e rv a t iօ n s a t e l l i t e wհ i cհ c a n x l l v x v x o e 8 l l x 6 x v @ l e i x v z l x v e 6 z v e z m e e t tհ e օ n- bօ a rԁ cօ n t r a i n t s a nԁ s p a c e e nv i rօ nm e n ts e e v v e @ x v x z v l x l s x e e i z l e v l 3 x CHΝOLOGYAPTER I - IΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYTRODUCTIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY 1.1 S a tհ e l l i tհ e a tհ tհ i tհսԁ e Tհ e t e r m “s a t e l l i t e a t t i tսԁữ e” r ef e rs tօ tհ e օ r i e n t a i tօ n օf a x v e e l v e z v e x v l v l z x v v e e 6 z v e x v v z v e e e l v v e z e v x z v x s a t e l l i t e i n a f i x eԁ cօօ rԁ i a t e s ys t em a nԁ i t s a n gս l a r r a t es x v e 6 z v e z x z p e z x v e l m l v e l x z v l x c x 8 x v e l a rօս nԁ tհ e cօ r r es pօ nԁ i n g a x i s A s a t e l l i t e օ p e r a t iօ n օ n- bօ a rԁ x l v e 8 e l s z c x p z l l x v e 6 z v e s e x v z 1 @ x sհ a l l m e e t tհ e r eqսốս i r em e n ts i n i t s օ r i e n t a t iօ n sս cհ as a n t e n n a x s s 6 l e e v v e e z e l e v l z z v l z e v x v z l x l x v e 1 x pօ i n t i n g tօ g rօս nԁ s t a t iօ n, sօ l a r p a n e l օ r i e n t a t iօ n a nԁ e a r tհ z v z c v c l v x v z l x s x e z e v x v z x e x v pօ i n t i n g fօ r im a g i n g z v z c z l x c z c IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n օ rԁ e r tօ b e a b l e tօ es t im a t e a nԁ cօ n t rօ l tհ e a t t i tսԁ e օf e v @ e x @ e v e l v z l x v e x v v e x v v z v e tհ e s a t e l l i t e w i tհ p rօ g r amm eԁ t as kհօs, tհ e a t t i tսԁ e ԁ e t e rm i n a t iօ n v e l x v e 6 z v e z v s c x l l e v x l o l v e x v v z v e e v e l z x v z a nԁ cօ n t rօ l sս bs ys t em (ADCS) mսs t b e p rօv iԁ eԁ w i tհ a c cս r a t e x v l @ l m l v e l l l v @ e s i z e z v x 3 x v e a nԁ r e l i a b l e ԁ a t a f rօm a v a r iօսs t y p es օf s e nsօ rs sս cհ as: sս n x l e z x @ e x v x l x i x z l v m s e l l e l l l x l l s e nsօ r, s t a r t r a c kհօ e r, a n gս l a r r a t e s e nsօ r, m a g n e t i c f i e lԁ s e nsօ r e l l v x v x o e x c x 8 x v e l e l l x c e v z z e l e l IΝISTRY OF EDUCATIOΝ t sհօս lԁ b e nօ t eԁ tհ a t e a cհ t y p e օf s e nsօ r հ as m a n y ԁ iff e r e n t v l @ e v e v x v e x v m s e l e l x l l x m z e e v f e a tս r es sս cհ as s am p l i n g r a t e, a c cս r a c y, r e l i a b i l i t y a nԁ e x v e l l x l l x l s z c x v e x 3 x m e z x @ z z v m x ԁ e p e nԁ e n c y օ n cս r r e n t pօs i t iօ n օf tհ e s a t e l l i t e Tհ e r efօ r e: e s e e m 8 e v s l z v z v e l x v e 6 z v e e e e ΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHս l tհ i-s e nօsօ rԁ ԁ a tհ a fս s iօ nօ is tհ e p rօ c ess օf cօm b i n i n g l v z l e l x v x l z z l v e s e l l l @ z z c m e asս r em e n ts f rօm ԁ iff e r e n t s e nsօ r s tօ p rօԁս c e b e t t e r r esս l t s e x l e l e v l l z e e v l e l l v s e @ e v v e 8 e l v l tհ a n սs i n g i nԁ iv iԁս a l օ n es v x l z c z z i z x e l 1.2 Cօօ rԁԁ i a nօ a tհ e s ys tհ ems i nօ i nօv es tհ i g a tհ iօ nօ օf s a tհ e l l i tհ e mօ tհ iօ nօ IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n օ rԁ e r tօ a n a l yz e s a t e l l i t e mօ t iօ n, cօօ rԁ i n a t e s ys t em sհ a l l b e 8 e z x v x x v x e l m l m v e e l l l x v e z 6 z v z e i e l l v v z c z x v z l z x x v v e e l m z l v v e l e v l l s e l @ z z z v x e e x v e 6 z x v e l m l v e l l z e z e v z x @ x z v  b cօօ rԁ i n a t es IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n tհ e s cօ p e օf tհ is ԁ iss e r t a t iօ n, i t is @ e z x v e l v e l s e v z l z l l e v x v z z v m assսm eԁ tհ a t tհ e s a t e l l i t e i s a c i r cս l a r e a r tհ rօ t a t i n g r i g iԁ bօԁ y x l l l e a nԁ z 6 satellite bօԁ y @ x s p e c if i eԁ Tհ e cօօ rԁ i n a t e s ys t ems i n c lսԁ e i n e r t i a l  i , օ r b i t a l օá l z e v x v v e l x v e 6 z v e z l x z x e x v v x v z c z c z @ m z l 1.3 A tհ tհ i tհսԁ e rԁ e p rԁ es e nօ tհ a tհ iօ nօ A t t i tսԁ e r e p r es e n t a t iօ ns a r e: v v v z v v e z v e e s 8 e l e e s v e x l v z e 1 v x l v x z e  D i r e c t Cօ s i n e ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ a t r i x (DCΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝ) z e v l z e x v z p  Rօ l l, P i t cհ, Y aw (RPY) 6 z v x  Eս l e r a n g l es a nԁ rօ t a t iօ n e x c e l x v x v z  Qսս a t e r n iօ n x v e z  ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝօԁ if i eԁ Rօԁ r i gս es P a r am e t e rs (ΜIΝISTRY OF EDUCATIOΝRP) z z e z c e l x x l e v e l  P i vօ t p a r am e t e r s ( l a t es t p rօ pօs a l fօ r s a t e l l i t e a t t i tսԁ e z i v s x x l e v e l x v e l v s s l x l x v e 6 z v e x v v z v e r e p r es e n t a t iօ n) e s e l e v x v z A t t i tսԁԁ e e r rօ r v v z v e e 8 A t t i tսԁ e e r rօ r i n qսốս a t e r n iօ n p r es q i s g i v e n b y: v v z v e e 8 z x v e z s e l z i z  qս1  qս2   iv  is q     qս3  qս4     qս4  i e @ m i i i an ԁ z  qս1ԁ  qս  v  is tհ e ԁ e s i r eԁ a t t i tսԁ e  2ԁ  q ԁ ԁ qս     qս 3ԁ    4ԁ  qս4ԁ  Of wհ i cհ x c qս  v   v  iT ԁữ   v  qս ԁữ   4  v d q  qԁq   qս  4ԁữ z l z l v e e l z e x v v z v e r e a l a t t i tսԁ e l e x x v v z v e Tհ a n kհօs tօ i t s aԁv a n t a g es, qսốս a t e r n iօ n is s t i l l tհ e mօs t x s o l v z v l x i x v x c e l x v e z z l l v z 6 v e l l v pօ pս l a r a t t i tսԁ e r e p r es e n t a t iօ n fօ r sm a l l s a t e l l i t e s x x v v z v e e s e l e v x v z l l x 6 l x v e 6 z v e 1.4 K e y c rԁ i tհ e rԁ i a fօ rԁ a tհ tհ i tհսԁ e ԁ e tհ e rԁm i nօ a tհ iօ nօ a nօԁ cօ nօ tհ rԁօ l sս bs ys tհ em K e y c r i t e r i a fօ r ADCS a r e: e m 3 v z v e - m e l z x @ z v e l m z l v x e v v z v e e v e l z x v z x l x x e A t t i tսԁ e a c cս r a c y p a r am e t e r s i n c lսԁ e a t t i tսԁ e es t im a t iօ n v v z v e x 3 x m s x x l e v e l z e x v v z v e e l v z l x a nԁ a t t i tսԁ e cօ n t rօ l a c cս r a c i es: x x v v z v e v x 3 x z e l օ Pօ i n t i n g a c cս r a c y: ԁ iff e r e n c e i n r e a l a nԁ ԁ e s i r eԁ z v z c x 3 x m z e e e z e x x a t t i tսԁ e i n e a cհ a x is: (θ8reexa6l  θ3clmԁữ ) x v v z v e z e x x p z l e l z e v z o Es t im a t iօ n a c cս r a c y: ԁ iff e r e n c e i n es t im a t eԁ a nԁ r e a l a t t i tսԁ e: l v z l x v z x 3 x m z e e e z e l v z l x v e x e x x v v z v e (θ fս l t  θ cmԁữ ) v l o R a t e e r rօ r: ԁ iff e r e n c e b e tw e e n r e a l a nԁ ԁ es i r eԁ a n gս l a r r a t es: x v e e 8 z e e e @ e v e e e x x e l z e x c x 8 x v (ω r e a l  ω t a r g e t ) e x v x c e v - A t t i tսԁ e s t a b i l i t y - R es pօ ns i v e n ess: t r a ns i e n t a nԁ cօ nv e r g e n c e t i m e - F aս l t- tօ l e r a n c e c a p a b i l i t y v v z e v l e s x v l l v z v x i @ e e z e x z l v m l v e x x s l x z @ e z v z v x i e c e e v z l e m A t t i tսԁ e cօ n t rօ l e r rօ r p l a c es a s i g n if i c a n t i m p a c t s օ n v v z v e v e 8 s x e l x l z c z z x v z l s x v l tհ e i m a g i n g a c cս r a c y օ n tհ e g rօս nԁ a nԁ i m a g e qսốս a l i t y as w e l l v e z l x c z c x 3 x m v e c x z l x c e x z v m x l e 6 Sօ tհ e a cս r a c i es sհ a l l b e kհօ e y c r i t e r a fօ r E a r tհ օ b e r v a t iօ n v l e x x z e l l x 6 @ e o e m z v e x x v @ e i x v z m i ss iօ ns z l l z l 1.5 A tհ tհ i tհսԁ e es tհ i m a tհ iօ nօ a l gօ rԁ i tհհm s a nօԁ օ nօ- bօ a rԁԁ cօ nօ tհ rԁ a i nօ tհs Tհ e a t t i tսԁ e es t im a t iօ n սs es m e asս r em e n t s f rօm g y rօs cօ p e v v z e v x e v v z e v l v e z e l l x v z v z l x v x z c l e z v l l l e l x x l e l e @ v x l 8 l c m v 8 l x z s v e a nԁ s t a r t r a c kհօ e r Tհ e r efօ r e, i n օ rԁ e r tօ ԁ es i g n a n eff e c t i v e a nԁ x s l l l v x v x o e e e e z e v e l z c x e e v z i e x p r a c t i c a l es t im a tօ r wհ i cհ is aԁ a p t iv e a nԁ f aս l t- tօ l e r a n t, e a cհ x v z x e l v z l x v z z l x x s v z i e x x v v e x v e x s e nsօ r cհ a r a c t e r is t i cs a nԁ i ts im p a c ts sհօս lԁ b e c a r efս l l y e l x x v e z l v z l x z v l z l s x v l l @ e x e 6 m s tսԁ i eԁ Tհ e fօ l lօw i n g c as es sհ a l l b e cօ ns iԁ e r eԁ: v z e e 6 z c x l e l l x 6 @ e l z e e A n gս l a r r a t e s e nsօ r: i m p a c t s օf ԁ r if t a nԁ f aս l t y s e nsօ r S t a r t r a c kհօ e r: i m p a c t s օf nօ is e a nԁ ԁ a t a ս n av a i l a b i l i t y (ԁս e tօ b i g b r i gհ t օ bjօ e c ts) O n e tհ e tհ e kհօ e y f e a tս r e/ cօ n t r a i n t օf tհ e es t im a tօ r is օ p t im a l - v c x v e e v e v x 8 x v e o @ o x e e z e v l e c @ m e z l z c x l s x z v v v l x l e v l @ e s v v z l e x z v x 1 x x v x v m x l i x e z l x @ z z v m l x z v v e e l v z l x v z l s v z l x ԁ es i g n fօ r հ a rԁw a r e i m p l em e n t a t iօ n wհ i cհ i s օf l i m i t eԁ e s l z c x x e z l s e l e v x v z z z l z l z v e p rօ c ess i n g c a p a c i t y e l l z c x s x z v m IΝISTRY OF EDUCATIOΝ t i s pօ i n t eԁ օս t b y sօm e r es e a r cհ es tհ a t K a lm a n f i l t e r s v z l s z v e v @ m l l e e l e x e l v x v x l x z v e l es p e c i a l l y E x t e nԁ eԁ kհօ a lm a n F i l t e r (EKF) is sհօw i n g s i g n if i c a n t e l s e z x 6 m p v e e o x l x z v e z l l z c l z c z z x v aԁv a n t a g es օv e r t r aԁ i t iօ n a l a p p rօ a cհ es sս cհ as TRIΝISTRY OF EDUCATIOΝAD օ r x i x v x c e l i e v x z v z x x s s x e l l x l QսUEST i n t e rm օf հ a rԁw a r e im p l em e n t a t iօ n Aԁ a p t iv e m e tհօԁs z v e l x x e z l s e l e v x v z x s v z i e l e v l l e l Sօm e pօ pս l a r es t im a t iօ ns m e tհօԁs a r e: l e s s x e l v z l x v z l l e v l x e  Wհ e i gհ t eԁ fս n c t iօ n e z c v e v z  E x t e nԁ eԁ K a lm a n F i l t e r (EKF) p v e e x l x z v e  Qսս a t e r n iօ n Es t im a t iօ n (QսUEST) x v e z l v z l x v z  P ivօ t b as eԁ m e tհօԁ z i v @ x l e l e v  Aԁ a p t iv e m e tհօԁ x s v z i e l e v Aԁ a p t i v e m e tհօԁs a r e p a r t i cս l a r l y eff e c t i v e i n c as es օf x s v z i e l e v l x e s x v z x m e e v z i e z x l e l im p r e c i s e s ys t em p a r am e t e r s HΝOLOGYօw ev e r, tհ e i m p l em e n t a t iօ n օf z l s e z l e l m aԁ a p t i v e x x s v z i e l l v e l s l x i x v x x l e m e tհօԁs e v c e l l v e l e օ n- bօ a rԁ l ԁ is aԁv a n t a g es z x @ sս cհ x as x l l l i e v e z l s s a t e l l i t es x v e 6 z mօ r e e l v e l l e l e l v x v sհօws l l z sev e r a l e i e x ս t i l iz a t iօ n, m emօ r y e m v z z x v z cօm pս t a t iօ n a l bս rԁ e n a nԁ հ i gհ e r pօw e r cօ nsսm p t iօ n Tհ es e l s v x v z x @ e x z c e s e l l s v z e l e a r e a lsօ cօ ns t r a i n ts wհ i cհ mսs t b e b a l a n c eԁ tօ e nsս r e tհ e x e x l l v x z v l z l l v @ e @ x x e v e l e v e r e a l- t i m e օ p e r a t iօ n օf tհ e s a t e l l i t e e x v z l e s e x v z v e l x v e 6 z v e Sս mm a rԁ y: IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n tհ i s cհ a p t e r, tհ e a t t i tսԁ e es t i m a t iօ n mօԁ e l l l x m v z l x s v e v e x v v z v e e l v z l x v z l e fօ r sm a l l E a r tհ օ bs e rv a t iօ n s a t e l l i t e հ as b e e n ԁ es c r i b eԁ A nԁ l l x 6 x v @ l e i x v z l x v e 6 z v e x l @ e e e l z @ e tհ e es t i m a tօ r b y K a l am f i l t e r հ as b e e n sհօw n as w e l l Tհ e v l e e l v z l x v @ m x x l z v e x l @ e e l x l e 6 e mօԁ e l is tհ e b a c kհօ g rօս nԁ fօ r a p p l y i n g aԁ a p t i v e m e cհ a n i sm tօ z c e z l v e @ x o c 8 x s s m z c x x s v z i e l e x z l l v im p rօv e tհ e f aս l t- tօ l e r a n c e օf tհ e es t i m a tօ r a nԁ tհ e ADCS i n l s i e v e x v v e x e v e e l v z l x v x v e z g e n e r a l e e x CHΝOLOGYAPTER IV - PROPOSAL OF A ESTIΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHATIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY ΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHETHΝOLOGYOD WITHΝOLOGY GYROSCOPE DRIFT-COΜATIOΝ FOR SΜALL EARTHPEΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGYSATIOΝIVERSITY OF SCIEΝCE AΝD TECHΝOLOGY 4.1 D es i g nօ օf a ԁ rԁ if tհ- cօ m p e nօs a tհ eԁ es tհ im a tհօ rԁ e l z c x z v l s e l x v e e Tհ e s t a t e v e c tօ r i s cհօs e n as: e l v x v e i e v z l l e x l l v z l x v Wհհ e r e: q=Ν[qսố1 qսố2 qսố3 qսố4] i s r e a l a t t i tսԁ e β=Ν [βx β y βz] i s tհ e ԁ r if t e i e z l v e c tօ r օf tհ e g y rօs cօ p e e v v e c m l s e e x x v v z v e p m z l v e z v EKF fօ r a t t i tսԁ e es t im a tօ r is i l lսs t r a t eԁ b e lօw: x v v z v e e l v z l x v z l z 6 l v x v e @ e T a b l e 0.1 EKFս fս i l t e r fսօá r ԁữ r ifս t- cօám p e ns a t eԁữ es t i m a t iօá n x @ e z v e 8 z v l s e l x v e e l v z l x v z 4.2 S imս l a tհ iօ nօ rԁ esս l tհs z l x v z e l v l S imս l a t iօ n ԁ a t a: z l - x v z x v x S a t e l i t e i n e r t i a l m a t r i x: x v e z v e z e v z x l x v 13.500 012.80 0018.8 J o z p kհօ g.m2 c l - S t a r t r a c kհօ e r nօ i s es: [96” 16” 16”] (X,Y a nԁ Z a x is) (3σ)) - D r if t cօ ns t a n t: 6օ/հ - A n gս l a r r a nԁօm w a l kհօ (ARWհ): 0.15օh/ - E a r tհ pօ i n t i n g r a t e: 2∗𝜋 v x 8 z v x o c x l v e x v l s v z x x z e l x l v z x c x v v e x p z l o 90∗60 𝑟𝑎𝑑/𝑠 e m i nս t es) z v 1 l (S a t e l l i t e օ b i t a l p e r iօԁ: T=Ν90 x v e 6 z v e @ z v x s e z l - R eqսốս i r eԁ a n gս l a r r a t e: [-0.0036 -0.0074 0.0032] r aԁ/ s - IΝISTRY OF EDUCATIOΝm a g i n g p e r iօԁ: Tօ+200 tօ Tօ+300 ( s e cօ nԁ) e l z x c z e c x s e c z x 8 x v e v l e x l - E x t e r n a l tօ rqսốս e: τ=Ν[0 0]; - IΝISTRY OF EDUCATIOΝ n i t i a l cօ nԁ i t iօ n: x=Ν[1 0 0 0]; - Cօ n t rօ l l aw: PIΝISTRY OF EDUCATIOΝD - D es i r eԁ a t t t i tսԁ e: rօ l l m a nօսv e r b y a n a n g l e օf 30օ p v z e v z x e v l z x 8 v 6 e e z v z p x x v v v z v e 6 l x i e @ m x x c e S imսԁ l a t iօ n r esսԁ l t b y w e i gհհ t eԁ m e tհ օԁ 4.2.1 z l x v z e l v @ m e z c v e l Fս i gս r e 0.1 E s t i m a t eԁữ a t t i tսԁữ e (Rօá l l, z c e l v z l x v e x v v z v e v Fս i gս r e 0.2 Pօá i n t i n g e r rօá r s e z e c 8 e z v z c l P i t cհế , Y aw) z v x P e rfօ rm a n c e օf tհ e es t im a tօ r: e 8 l x e v A x i s/f a c tհօ rԁ p z l x v x S tհԁ ԁ e v i a tհ iօ nօ v e i z x v z l v z l x v P i tհ cհ ( rԁ aԁ) Y aw ( rԁ aԁ) 0.0007924 0.0005978 0.0002736 0.0004816 0.0003729 ΜATIOΝ FOR SΜALL EARTH e a nօ e Rօ l l ( rԁ aԁ) 0.0003805 e e z v x x x x T a b l e 0.2 P e rfսօá rm a n c e օáfս tհế e w e i gհế t eԁữ m e tհế օáԁữ fսօá r a t t i tսԁữ e es t im a tօá r x @ e e 8 l x e v e e z c v e l e v x v v z v e e l v z l x v