Alçak dünya yörünge uydusu yörünge ve yöneliminin, manyetometre ve güneş sensörü ölçümlerine göre, arıza toleranslı kestirimi
Fault tolerant orbit and attitude determination for a low earth orbit satellite via magnetometer and sun sensor measurements
Yazar: MURAT BAĞCI
Danışman: PROF. DR. CENGİZ HACIZADE
Milli Savunma Üniversitesi / Hezarfen Havacılık ve Uzay Teknolojileri Enstitüsü / Uzay Bilimleri Ana Bilim Dalı / Uzay Bilimleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences

Özet:
Bu çalışmada: Manyetometre ve Güneş Sensör ölçümleri kullanılarak arıza toleranslı yörünge ve yönelim belirleme yöntemleri geliştirilmiştir. Çalışma sonucunda elde edilen bulguların kıyaslanabilmesi için tez içeriğinde bir bölüm GPS ile yörünge belirleme yöntemlerine ayrılmıştır. Uygulanan yörünge belirleme yöntemleri, yönelimden bağımsız mimaride tasarlanmıştır. Manyetometre ve Güneş sensör ölçümlerini kullanarak yörünge belirlenmesi amacına uygun üç farklı yöntem uygulanmıştır. İlk yöntemde; sadece manyetometre ölçümleri ve Genişletilmiş Kalman Filtresi (GKF) algoritması kullanılarak yörünge belirleme hesaplamaları yapılmıştır. İkinci yöntemde; manyetometre ve güneş sensörü ölçümleri ile GKF algoritması kullanılarak yörünge belirleme hesaplamaları oluşturulmuştur. Üçüncü yöntemde; tez konusuna uygun olarak manyetometre ölçümleri ile arıza/hata toleranslı DGKF algoritması kullanılarak yörünge belirleme hesaplamaları yapılmıştır. Yönelim belirleme amacıyla manyetometre ve güneş sensör ölçümlerine dayanan iki farklı yöntem kullanılmıştır. İlk yöntemde; tek kare yönelim belirleme yaklaşımlarından Tekil Değer Ayrıştırma, (TDA) metodu kullanılmıştır. Manyetometre ve Güneş sensöründen sağlanan birim vektörler, TDA algoritması içinde kullanılarak yönelim matrisinin kaba hesaplaması yapılmıştır. İkinci yöntemde; TDA hesaplama bloğunun üzerine GKF algoritması eklenerek tümleştirilmiş bir yönelim belirleme çözümü oluşturulmuştur. Uygulanan yöntemler ve elde edilen sonuçlar açısından, çalışmanın akademik literatüre katkı sağlayacağı değerlendirilmektedir.

Abstract:
In this study, fault-tolerant orbit and attitude determination methods were developed using magnetometer and sun sensor measurements. In order to compare the findings obtained as a result of the study, a part of the thesis is devoted to the methods of orbit determination with GPS. The applied orbit determination methods are designed in an attitude-independent architecture. Three different methods were applied to determine the orbit using magnetometer and sun sensor measurements. In the first method; Trajectory determination calculations were made using only magnetometer measurements and the Extended Kalman Filter (EKF) algorithm. In the second method; orbit determination algorithms were designed with the EKF using magnetometer and sun sensor measurements simultaneously. In the third method; In accordance with the thesis topic, orbit determination calculations were made by using magnetometer measurements and a fault-tolerant REKF algorithm. Two different methods based on magnetometer and sun sensor measurements were used for attitude determination. In the first method; the Singular Value Decomposition (SVD) method, one of the single-frame orientation determination approaches, was utilized. The unit vectors obtained from the magnetometer and the Sun sensor were used in the SVD algorithm to make a coarse calculation of the orientation matrix. In the second method; An integrated attitude determination solution was created by adding the GKF algorithm on the SVD calculation block. It is considered that the study will contribute to the academic literature in terms of the methods applied and the results obtained.