priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-1-89-97pribor-338Research ArticleПРИБОРЫ НАВИГАЦИИNAVIGATION DEVICESСравнение алгоритмов определения ориентации космического аппарата на основе одномоментных измеренийComparison of algorithms for determining a space vehicle orientation based on one-time measurementsПономареваМ. А.PonomarevaM. A.

Мария Андреевна Пономарева — студентка, межвузовская кафедра космических исследований

Самара

Maria A. Ponomareva — Student, Inter-University Department of Space Research

Samara 

ponomarevamariaan@gmail.comКрамлихА. В.KramlikhA. V.

Крамлих Андрей Васильевич — канд. техн. наук, доцент, межвузовская кафедра космических исследований

Самара

Andrey V. Kramlikh — PhD, Associate Professor;  Inter-University Department of Space Research

Samara

kramlikh@mail.ruСамарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева (Самарский университет)Samara University2025100220256818997Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/338

Исследована задача определения ориентации космического аппарата по одномоментным измерениям. Представлен ряд алгоритмов определения ориентации космического аппарата по одномоментным измерениям различной физической природы: TRIAD, Optimized TRIAD, q-Method, QUEST, ESOQ, ESOQ2, SVD. Проанализированы следующие свойства алгоритмов, реализованных в математическом пакете MatLab: время работы, среднее значение и среднеквадратическое отклонение меры ошибки определения ориентации, количество операций с плавающей точкой.

The problem of determining the orientation of a spacecraft using instantaneous measurements is investigated. A number of algorithms for determining the spacecraft orientation using one-time measurements of various physical nature are presented: TRIAD, Optimized TRIAD, q-Method, QUEST, ESOQ, ESOQ2, SVD. The following properties of the algorithms implemented in the MatLab mathematical package are analyzed: running time, average value and standard deviation of the orientation determination error measure, and the number of floating-point operations.

космический аппараториентацияалгоритмодномоментные измеренияматрица поворотакватернионбыстродействиеточностьвычисления с плавающей точкойspacecraftorientationalgorithmone-time measurementsrotation matrixquaternionperformanceaccuracyfloating point calculationsисследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-67-10007, https://rscf.ru/project/23-67-10007/The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 23-67-10007, https://rscf.ru/project/23-67-10007/.ReferencesMohd Zamri H., Amran A., Abu Hassan A. et al. Review on attitude estimation algorithm of attitude determination system // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, N 7. P.4455–4460.Mohd Zamri H., Amran A., Abu Hassan A. et al. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2016, no. 7(11), pp. 4455–4460.Белоконов И. В., Тимбай И. А. Движение наноспутника относительно центра масс на околоземных орбитах: учеб. пос. Самара: Изд-во Самарского университета, 2020. 128 с.Belokonov I.V., Timbay I.A. Dvizheniye nanosputnika otnositel’no tsentra mass na okolozemnykh orbitakh (Motion of a Nanosatellite Relative to the Center of Mass in Near-earth Orbits), Samara, 2020, 128 р. (in Russ.)Бранец В. Н., Шмыглевский И. П. Применение кватернионов в задачах ориентации твердого тела. М.: Наука, 1973. 320 с.Branets V.N., Shmyglevsky I.P. Primeneniye kvaternionov v zadachakh oriyentatsii tverdogo tela (Application of Quaternions in Problems of Rigid Body Orientation), Moscow, 1973, 320 р. (in Russ.)Black H. D. A Passive System for Determining the Attitude of a Satellite // AIAA Journal. 1964. Vol. 2, N 7. P. 1350–1351.Black H.D. AIAA Journal, 1964, no. 7(2), pp. 1350–1351.Shuster M. D., Oh S. D. Three-Axis Attitude Determination from Vector Observations // Journal of Guidance and Control. 1981. Vol. 4, N 1. P. 70–77.Shuster M.D., Oh S.D. Journal of Guidance and Control, 1981, no. 1(4), pp. 70–77.Markley F. L., Crassidis J. L. Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control. Microcosm Press and Springer, 2014.Markley F.L., Crassidis J.L. Fundamentals of Spacecraft Attitude Determination and Control, Microcosm Press and Springer, 2014.Bar-Itzhack Y. I., Harman R. R. Optimized TRIAD algorithm for attitude determination // Collection of Technical papers (A96-34712 09-12). 1996. P. 422–427.Bar-Itzhack Y.I., Harman R.R. Collection of Technical papers (A96-34712 09-12), 1996, рр. 422–427.Wahba G. A. Least-squares estimate of satellite attitude // SIAM Review. 1965. Vol. 8, N 3. P. 384–386.Wahba G.A. SIAM Review, 1965, no. 3(8), pp. 384–386.Davenport P. A vector approach to the algebra of rotations with applications // NASA TN D-4696. 1968.Davenport P. NASA TN D-4696, 1968.Markley F. L., Mortari D. How to estimate attitude from vector observations // AAS 99-427, AAS/AIAA. Astrodynamics Specialist Conference. Girdwood, Alaska, 1999.Markley F.L., Mortari D. AAS 99-427, AAS/AIAA Astrodynamics Specialist Conference, Girdwood, Alaska, 1999.Hajiyev C., Soken H. E. Fault Tolerant Attitude Estimation for Small Satellites. CRC Press, 2021.Hajiyev C., Soken H.E. Fault Tolerant Attitude Estimation for Small Satellites, CRC Press, 2021.Shuster M. D. Approximate Algorithms for Fast Optimal Attitude Computation // AIAA Paper 78-1249, AlAA. Guidance and Control Conference. Palo Alto, 7–9 August 1978.Shuster M.D. AIAA Paper 78-1249, AlAA Guidance and Control Conference, Palo Alto, CA, August 7–9, 1978.Mortari D. ESOQ: A closed-form solution of the Wahba problem // Journal of Astronautical Sciences. 1997. Vol. 45, N 2. P. 195–205.Mortari D. Journal of Astronautical Sciences, 1997, no. 2(45), pp. 195–205.Mortari D. ESOQ2 Single-Point Algorithm for Fast Optimal Attitude Determination // Paper AAS 97–167, AAS/ AIAA. Space Flight Mechanics Meeting. Huntsville, 10–12 February 1997.Mortari D. Paper AAS 97–167, AAS/AIAA Space Flight Mechanics Meeting, Huntsville, AL, February 10–12, 1997.Markley F. L. Attitude Determination Using Vector Observations and the Singular Value Decomposition // Journal of the Astronautical Sciences. 1988. Vol. 36, N 3. P. 245–258.Markley F.L. Journal of the Astronautical Sciences, 1988, no. 3(36), pp. 245–258.Counting the Floating Point Operations (FLOPS) [Электронный ресурс]: <https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/50608-counting-the-floating-point-operations-flops>. (дата обращения 22.05.2024).Counting the Floating Point Operations (FLOPS), https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/50608-counting-the-floating-point-operations-flops.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.