Restitution d'attitude d'un satellite à haute manoeuvrabilité par un viseur stellaire à matrice APS : Amélioration de l'autonomie et de la robustesse par couplage gyrométrique

• Auteur / Autrice : Georges Lamy au Rousseau
• Direction : Cafer Özkul, Belahcene Mazari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fusion multicapteurs

Filtrage de Kalman

Satellites artificiels

Systèmes microélectromécaniques

Gyroscopes optiques

Système APS (photographie)

Mots clés libres

Viseur stellaire

Restitution d'attitude

Résumé

La problématique de l'utilisation de matrices photosensibles de technologie CMOS-APS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor-Active Pixel Sensor) en remplacement des CCD (Coupled Charge Device) pour l'application de visée stellaire est étudiée. Après un rapide exposé des techniques et méthodes associées aux viseurs stellaires, une caractérisation des matrices APS est menée, ainsi qu'une étude portant sur l'utilisation des signaux provenant de gyromètres à technologie vibrante. A l'issue de ces études préliminaires, l'architecture est adoptée et les outils algorithmiques analysés. En particulier, deux algorithmes de reconnaissance de motif d'étoiles robustes au bruit spatial sont proposés. Des méthodes de fusion de données basées sur le filtrage de Kalman et l'algorithme REQUEST (REcursive QUaternion EStimator) sont étudiées. Les solutions optimales sont retenues pour aboutir à un système de mesure d'attitude viable basé sur l'utilisation d'une matrice APS hybridée avec un bloc gyrométrique tridimensionnel. Ce système est robuste à haute dynamique, restitue l'attitude à haute fréquence, consomme peu d'énergie, utilise des composants à bas coût et de technologie pérenne.

The use of CMOS-APS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor-Active Pixel Sensor) photodetector arrays instead of CCD (Coupled Charge Device) in the star tracker applications is studied. Star trackers associated technologies and methods are first exposed. In a second time, characterisation of an APS imaging is done. The same study concerning the gyros is conducted. A conclusion allows to estimate the necessary modifications concerning the computation operations. The algorithmical approach is then examined. Two star pattern recognition algorithms, noise tolerant, are proposed. Data fusion methods, based on Kalman filter and REQUEST (REcursive QUaternion EStimator) alogithm are studied. Optimal solutions are selected to result to an attitude measurement system composed of an APS imaging array hybridised with an tri-axis gyro bloc. This system is high dynamic robust, delivers a high frequency attitude information, has a low power consumption and uses low cost components.