航天器控制原理(第四章 控制系统组成)
控制系统的航空航天与航天器控制技术
控制系统的航空航天与航天器控制技术航空航天与航天器控制技术是现代航空航天工程中至关重要的一部分。
控制系统的设计和应用对于确保航空航天器的安全、稳定和精确控制起着至关重要的作用。
在本文中，将介绍航空航天与航天器控制技术的基本原理、应用领域和发展趋势。
一、航空航天与航天器控制技术的基本原理控制系统是指通过对被控制对象的测量和分析，以及对控制信号的计算和反馈，实现对被控制对象行为的控制。
在航空航天与航天器领域，控制系统的基本原理是通过传感器获得航空器或航天器的状态信息，经过控制器计算并生成相应的控制指令，通过执行机构实现对航空器或航天器的控制。
航空航天与航天器控制技术的基本原理包括了传感器、控制器和执行机构三个主要组成部分。
传感器负责从环境或航空器本身中获取所需信息，控制器则运用算法和模型对采集到的数据进行分析和计算，然后生成相应的控制指令。
执行机构根据控制指令的要求进行动作，并对航空器或航天器进行相应的调整和控制。
二、航空航天与航天器控制技术的应用领域航空航天与航天器控制技术广泛应用于航空航天工程的各个领域。
其中包括但不限于以下几个方面：1. 飞行器导航与自动驾驶：现代飞行器的导航与自动驾驶系统离不开控制技术的支持。
通过航空航天与航天器控制技术，飞行器能够实现自动导航、定位和飞行姿态调整等功能，提高飞行安全性和操作效率。
2. 航空动力系统控制：航空航天与航天器控制技术在航空动力系统的控制中扮演着重要的角色。
通过控制技术，可以优化动力系统的性能，提高发动机效率和燃烧效率，使航空器获得更好的飞行性能。
3. 航天器姿态与姿控：航天器的姿态与姿控对于航天任务的成功至关重要。
航空航天与航天器控制技术能够实现对航天器的姿态测量和控制，为航天任务提供精确的姿态调整和稳定控制。
4. 空中交通管理：空中交通管理是航空航天领域中一个重要的应用领域。
通过利用航空航天与航天器控制技术，能够实现对空中飞行器的监控、通信和路线规划等功能，提高空中交通的安全性和效率。
航天器姿态控制系统组成与分类
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4.1.6 磁强计
磁强计是以地球磁场为基准，测量航天器姿态的敏 感器。磁强计本身是用来测量空间环境中磁场强度的。 由于地球周围每一点的磁场强度都可以由地球磁场模型 事先确定，因此利用航天器上的磁强计测得的信息与之 对比便可以确定出航天器相对于地球磁场的姿态。
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模拟式太阳敏感器视场在几十度时，精度可达到0 . 5 ；
当视场很小，仅为1 ～2 时，精度可达到秒级。
模拟式太阳敏感器工作原理
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Hale Waihona Puke 作舟 专业分享，敬请收藏单轴模拟式太阳敏感器: 只能测量航天器相对于太阳光线的一个姿态角
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4.1.5 加速度计 加速度计是用于测量航天器上加速度计安装点的绝对
加速度沿加速度计输入轴分量的惯性敏感器。虽然目前加 速度计没有广泛用于航天器的姿态稳定和控制，但它是航 天器导航系统中重要的器件。
加速度计的种类很多，有陀螺加速度计、摆式加速度 计、振动加速度计、石英加速度计等。
下面分别介绍这3种红外地平仪的基本工作原理。
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1．地平穿越式地平仪 地平穿越式地平仪的视场相对于地球作扫描运动。当
视场穿越地平线时，也就是说扫到地球和空间交界时，地 平仪接收到的红外辐射能量发生跃变，经过热敏元件探测 器把这种辐射能量的跃变转变成电信号，形成地球波形。 然后通过放大和处理电路，把它转变成为前后沿脉冲。最 后通过计算电路，把前后沿脉冲与姿态基准信号进行比较， 得出姿态角信息，也就是滚动角或俯仰角。
航空航天工程师的工作中的航天器控制系统
航空航天工程师的工作中的航天器控制系统航空航天工程师是专门从事航空航天技术研发和应用的专业人员。
在他们的工作中，航天器控制系统扮演着至关重要的角色。
航天器控制系统是航天器的大脑，负责监测、控制和导航航天器的飞行和姿态，保证航天器在太空环境中的正常运行。
本文将介绍航空航天工程师的工作中航天器控制系统的相关内容。
一、航天器控制系统的组成航天器控制系统主要由以下几个部分组成：导航系统、制导系统、姿态控制系统和飞行控制系统。
1. 导航系统导航系统通过使用多种导航传感器（如星敏感器、陀螺仪、加速度计等）获取航天器的准确位置、速度和方向信息，以便为航天任务提供准确的导航支持。
2. 制导系统制导系统是基于导航系统提供的准确信息，通过对航天器的轨道、速度和方向进行精确控制，实现航天器的轨道调整、进入和离开轨道、转向等功能。
3. 姿态控制系统姿态控制系统是用于控制航天器在太空中的姿态的关键系统。
通过使用陀螺仪、反动力轮、推进器等设备，精确控制航天器的姿态，保持其在太空中的稳定飞行。
4. 飞行控制系统飞行控制系统是整个航天器控制系统的核心。
它负责将导航、制导和姿态控制系统的信息进行综合处理和判断，并生成相应的飞行指令。
飞行控制系统通常由控制计算机和执行机构组成。
二、航空航天工程师的任务航空航天工程师的工作是设计、开发和测试航天器控制系统，以确保航天器能够在各种极端条件下正常运行。
1. 系统设计航空航天工程师首先要进行航天器控制系统的整体设计。
他们需要根据航天任务的要求和目标，设计出满足需求的系统架构，并选择合适的硬件和软件组件。
2. 功能开发在系统设计的基础上，航空航天工程师负责开发控制系统的各个功能模块，包括导航、制导、姿态控制和飞行控制等。
他们需要编写相应的算法，并进行仿真和测试，确保系统具备稳定性和可靠性。
3. 硬件集成为了将航天器控制系统与其他航天器子系统（如动力系统、通信系统等）有效地集成起来，航空航天工程师需要进行硬件和软件的集成工作。
飞行器控制组成结构
飞行器控制组成结构
飞行器的控制组成结构是实现飞行器运行和操纵的重要部分。
它主要由以下几
个组成部分构成：
1. 飞行控制系统：飞行控制系统是飞行器的大脑，负责接收和处理来自各种传
感器的信息，并通过执行机构来调整飞行器的姿态和航向。
该系统通常由飞行控制计算机、陀螺仪、加速度计等组成。
2. 飞行仪表：飞行仪表用于显示飞行器的各种参数和指示器，以供飞行员参考。
常见的飞行仪表包括空速表、高度表、姿态指示器等。
飞行员通过仪表可以获得关键的飞行信息，以便做出正确的飞行决策。
3. 飞行操纵系统：飞行操纵系统是飞行器的操作装置，用于飞行员操纵飞行器。
它包括操纵杆、脚蹬和相关的传动装置。
通过操作操纵杆和脚蹬，飞行员可以控制飞行器的姿态、方向和速度。
4. 电力供应系统：电力供应系统为飞行器提供所需的电能，以支持控制系统和
其他电子设备的正常运行。
电力供应系统通常包括发电机、电池和电力管理装置等。
5. 通信与导航系统：通信与导航系统用于使飞行器能够与地面和其他飞行器进
行通信，并确保飞行器按照预定航线安全飞行。
通信与导航系统包括通信设备、导航仪表、全球定位系统（GPS）等。
以上是飞行器控制组成结构的主要内容。
它们相互配合，使飞行器能够准确、
安全地进行飞行任务。
通过不断的技术发展和创新，飞行器控制组成结构得到不断优化与完善，为航空航天事业的进步做出了重要贡献。
航天器控制原理
单脉冲比相干涉仪是由光的干涉原理引伸而来，至
少要采用两个接收天线，其间矩为d，称为基线长度，如
图4．14所示。当天线与地面距离比基线长度d大得多时，
有如下关系式： cos 2d
(4．2)
式中， 为两个天线接收电波的相位差，A为波长。由式
(4·2)可见， 是预先确定的，因此只要测出两个天线
由于这种地平仪不需要扫描机构，所以又称为静态红外 地平仪。
4.1.3 星敏感器
星敏感器是以某一颗亮度高于+2可见星等的恒星为基准，
测量其相对于航天器的角位置，并同星历表中该星的角位置
参数进行比较，来确定航天器的姿态。也即通过对恒星星光
的敏感来测量航天器的某一个基准轴与该恒星视线之间的夹
角。由于恒星张角非常小( 测量精度很高。
第四章 航天器姿态控制系统的组成与分类
4.1姿态敏感器 4.2执行机构 4.3控制器—星载控制计算机 4.4姿态控制系统的任务与分类
第四章
航天器姿态控制系统的组成与分类
航天器控制分为轨道控制与姿态控制两方面，而航 天器控制系统在原理上和其他工程控制系统基本上是一 样的，完成三个最基本的过程：敏感测量、信号处理和 执行过程。其结构如图4.1所示，仍然是由敏感器、控制 器和执行机构三大部分组成。敏感器用以测量某些绝对 的或相对的物理量，执行机构起控制作用，驱动动力装 置产生控制信号所要求的运动，控制器则担负起信号处 理的任务。人们把这三部分统称为控制硬件，而把完成 测量和控制任务所需的算法称为软件。
模拟式太阳敏感器视场在几十度时，精度可达到0 . 5 ；
当视场很小，仅为1 ～2 时，精度可达到秒级。
模拟式太阳敏感器工作原理
单轴模拟式太阳敏感器: 只能测量航天器相对于太阳光线的一个姿态角
航天技术导论第四章
第四章 控制系统4.1 概述控制系统是航天器、运载火箭和导弹等飞行器的重要组成部分，是飞行器运动的指挥中枢。
要求飞行器完成飞行任务，就必须对它的运动实施影响。
飞行器的运动包括其质心的运动和绕其质心的角运动两部分。
对这两种运动的影响包括稳定和控制两方面的要求，稳定是指保持原有的状态（位置和姿态），控制是指按预定的目标改变状态。
一般说来，飞行器控制系统的任务就是对飞行器质心运动的轨迹和绕质心角运动的姿态实施控制和稳定。
比如在运载火箭发射和飞行过程中，控制系统的主要任务是控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入轨；同时对火箭进行姿态控制，保证在各种干扰条件下稳定飞行；还要控制飞行过程各分系统工作状态变化和信息传递；发射前要对火箭进行检查测试，实施发射控制（简称发控）。
而对于在空间飞行的航天器，控制系统的主要任务包含对航天器姿态的稳定和控制，以及对航天器轨道的控制；还包括温度控制和生命保障系统的控制等。
显然，对于不同种类的飞行器，控制系统的任务是不完全相同的。
它们的作用原理、构成也有相当大的差别。
本章将分别介绍运载火箭、航天器和导弹的控制系统4.2 运载火箭的控制系统前面已经提到，运载火箭控制系统的主要任务是控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入轨。
当有效载荷是打击地面固定目标的战斗部时，运载火箭就成为弹道式导弹。
因此，弹道式导弹的控制系统与运载火箭的控制系统有许多相同之处。
为避免重复，本节在介绍运载火箭控制系统的同时，也穿插介绍弹道式导弹的控制系统。
4.2.1 运载火箭控制系统的组成和功能运载火箭的控制系统由制导系统、姿态控制系统、配电系统和测试发控系统等分系统组成。
制导系统的功能是控制火箭的质心沿预定的弹道飞行，并保证卫星、飞船等有效载荷准确入轨。
对弹道式导弹来说，就是控制弹头落点的精度。
姿态控制系统则是控制火箭绕质心的运动，并保证飞行姿态的稳定。
配电系统除完成控制仪器设备的供电外，还根据飞行程序发出时序指令控制各分系统工作状态变化的协调。
航天器控制系统设计与优化
航天器控制系统设计与优化航天器控制系统是航天器飞行中至关重要的一部分。
它负责控制航天器的姿态、飞行轨迹以及各种任务操作。
设计和优化良好的航天器控制系统能够提高航天器的性能并保证飞行的安全性。
本文将探讨航天器控制系统的设计原理、优化策略以及相关技术的前沿发展。
1. 控制系统设计原理航天器控制系统设计的核心目标是实现航天器的精确控制。
首先，需要考虑到航天器的动力学特性和环境影响因素，如重力、气动力等。
其次，基于这些因素，可以选择合适的控制算法，包括PID控制、模糊控制、自适应控制等。
最后，设计出合适的控制器结构和参数，使航天器在不同工况下具有稳定的响应特性。
2. 控制系统优化策略为了进一步提高航天器的控制性能，控制系统的优化是必不可少的。
以下是一些常用的控制系统优化策略：2.1 参数优化：通过合适的参数选择和调整，可以提高系统的稳定性和响应速度。
优化方法包括传统的试错法、启发式算法、遗传算法等。
2.2 鲁棒性设计：考虑到控制系统的不确定性和外界干扰，鲁棒性设计可以增强控制系统的稳定性和抗干扰能力。
通过使用鲁棒控制方法，如H∞控制和μ合成，可以提高系统的鲁棒性。
2.3 高级控制策略：除了传统的PID控制外，使用先进的控制方法也是优化系统的重要途径。
例如，模糊控制可以处理非线性和模糊因素，神经网络控制可以学习系统模型并进行非线性建模。
2.4 多目标优化：航天器控制系统通常需要满足多个目标，如精确控制、能量消耗、负载限制等。
多目标优化算法可以在不同目标之间实现平衡和权衡，以达到全局最优解。
3. 相关技术的前沿发展随着技术的不断进步，航天器控制系统的设计与优化也在不断发展。
以下是一些当前研究的前沿技术：3.1 自适应控制：自适应控制可以根据航天器的动态特性进行在线调整，以适应不同的工况。
自适应控制在航天器控制中具有重要意义，并且目前仍在不断深入研究。
3.2 无人机控制技术：无人机技术的迅速发展为航天器控制系统带来了一些新的思路。
神舟飞船的自动控制原理
神舟飞船的自动控制原理
神舟飞船的自动控制原理主要包括惯性导航系统、姿态控制系统和自动驾驶系统。
1. 惯性导航系统：神舟飞船搭载惯性测量单元，包括加速度计和陀螺仪等传感器。
这些传感器可以测量飞船在三个维度上的加速度和角速度变化。
通过对这些数据的处理和积分计算，可以得到飞船当前的速度、位置和姿态信息，从而实现导航定位功能。
2. 姿态控制系统：神舟飞船的姿态控制系统通过推进剂的喷射调整飞船的姿态，以保持特定的飞行方向和姿态。
该系统由姿态传感器、推进剂和推进剂控制系统组成。
姿态传感器可以检测飞船的姿态变化，将这些数据传输给推进剂控制系统。
推进剂控制系统根据姿态传感器的数据，计算并控制推进剂的喷射来调整飞船的姿态。
3. 自动驾驶系统：神舟飞船的自动驾驶系统可以通过预设的指令和控制算法来实现自动控制飞行任务。
该系统由飞行控制计算机、导航系统和控制器等组成。
飞行控制计算机负责处理和计算导航系统和姿态控制系统的数据，根据预设的指令和控制算法，生成相应的控制信号，通过控制器控制各个系统的运行。
自动驾驶系统可以实现飞船的自主导航、姿态控制和任务执行等功能。
以上是神舟飞船的自动控制原理的基本介绍，该系统的高度自动化和精确控制是保证神舟飞船顺利完成各项任务的重要保障。
第四章航天器的姿态动力学与控制
11.3.6 姿态敏感器
姿态就是航天器在空间的方位，而姿态敏感器用来测量航天器 本体坐标系相对于某个基准坐标系的相对角位置和角速度，以确 定航天器的姿态。要完全确定一个航天器的姿态，需要3个轴的角 度信息。由于从一个方位基准最多只能得到两个轴的角度信息 （俯仰和偏航），为此要确定航天器的三轴姿态至少要有两个方 位基准。姿态敏感器按不同的基准方位，可分为下列5类：1、以 地球为基准方位：红外地平仪，地球反照敏感器；2、以天体为基 准方位：太阳敏感器，星敏感器；3、以惯性空间为基准方位：陀 螺，加速度计；4、以地面站为基准方位：射频敏感器；5、其 他：例如磁强计（以地磁场为基准方位），陆标敏感器（以地貌 为基准方位）。
单轴
与喷气推力器三轴姿态稳定系统相比，飞轮三轴姿态稳定系统 具有多方面的优点。
1、飞轮可以给出较精确的连续变化的控制力矩，可以进行线性控 制，而喷气推力器只能作非线性开关控制。因此飞轮的控制精度一 般比喷气推力器的高一个数量级，而且姿态误差速率也比喷气控制 小。
2、飞轮所需要的能源是电能，可以不断通过太阳能电池在轨得到补 充，因而适合于长寿命工作。喷气推力器需要消耗工质或燃料，在 轨无法补充，因此其使用寿命大大受限，基本上与航天器携带的工 质或燃料质量成正比，而且还有长期密封问题。
11.3.3 自旋稳定
自旋稳定的原理：是利用航天器绕自旋轴旋转所获得的陀螺定轴 性，使航天器的自旋轴方向在惯性空间定向。它的主要优点首先是为 航天器获得规则的姿态运动提供了一种简单的手段。自旋卫星利用非 常简单的仪器便可提供姿态信息，而且因为运载工具通常是以自旋方 式入轨的，所以航天器很容易达到完全无源的惯性定向，并且有一定 的精度。其次，由于自旋运动具有比较大的动量矩，因此航天器抵抗 外干扰的能力很强，因为当自旋航天器受到恒定干扰力矩作用时，其 自旋轴是以速度漂移，而不是以加速度漂移。加之自旋稳定能使航天 器发动机的推力偏心影响减至最小，因此自旋稳定方式在航天器，特 别是在早期发射的航天器中得到了广泛的应用。
航天器控制系统的使用方法
航天器控制系统的使用方法航天器的控制系统是宇航员和工程师们用来控制和操作航天器的重要工具。
它涵盖了各种设备和软件，用于监测航天器的状态、导航和放置、保持稳定、调整轨道以及进行其他必要的操作。
本文将讨论航天器控制系统的使用方法，并介绍几个重要的方面。
1. 航天器控制系统的组成部分航天器控制系统通常由以下几个部分组成：姿态控制系统、导航和定位系统、推进系统以及电力和通信系统。
姿态控制系统负责控制航天器的方向和姿态，以确保正确的轨道和稳定性。
它包括陀螺仪、推进器、姿态控制喷口和姿态传感器。
导航和定位系统用于确定航天器的位置、速度和轨道。
推进系统则负责给航天器提供推力以改变轨道或调整飞行速度。
电力和通信系统则为航天器提供所需的电力和保持与地面通信的能力。
2. 航天器控制系统的基本操作航天器控制系统的操作通常需要受过专门培训的宇航员或工程师。
下面是一些航天器控制系统的基本操作步骤：步骤一：了解航天器状态。
在操作航天器之前，需要了解其当前的状态。
这包括了解姿态、位置、速度和电力等关键参数。
步骤二：设定目标。
根据任务需求，设定航天器的目标姿态、位置和速度等参数。
步骤三：调整姿态。
根据设定的目标，使用姿态控制系统调整航天器的方向和姿态。
步骤四：导航和定位。
根据导航和定位系统提供的数据，确认航天器的位置和轨道是否符合预期。
步骤五：推进调整。
如有需要，使用推进系统对航天器进行调整，改变其轨道或调整飞行速度。
步骤六：电力和通信。
确保航天器具有足够的电力供应，并与地面通信保持联系。
3. 航天器控制系统的注意事项在使用航天器控制系统时，宇航员和工程师需要注意以下几个方面：首先，安全第一。
航天器控制系统的操作必须遵循严格的安全规程，以确保宇航员和航天器的安全。
其次，熟悉操作手册和指南。
在使用航天器控制系统前，需要详细阅读并熟悉相关的操作手册和指南，以了解系统的工作原理和操作步骤。
此外，密切监测航天器的状态。
在操作过程中，需要时刻监测航天器的姿态、位置、速度和电力等参数，以确保其正常运行。
航天器的控制系统
航天器的控制系统航天学院 151220205 李欢一、关于控制的基础知识系统是能够在一起协同工作并产生输出的所有部分的集合。
系统具有输入（进入系统的东西）、输出（从系统中发出的东西）和把输入变成输出的处理过程。
对于航天器的任务而言，任务的成败取决于各种子系统的输出，因而我们最关心控制系统。
最简单的控制系统是一种开环式的，输入生成输出，但不能动态调整输入来控制输出。
而闭环控制系统，也叫反馈控制系统，能很好地保证得到想要的输出。
因为它能感知输出（得到的）,将它与想要的输出（想得到的）进行比较，并根据需要调整输入。
所有控制系统必须实现的四个基本任务:1.理解系统的行为——装置是如何对包括环境输入在内的输入产生反应来生成输出的,这也被称为装置模型;2、观察系统的当前状态——利用传感器；3、决定做什么——控制器的作用；4、执行——利用执行器。
姿态确定就是根据姿态测量元件提供的测量信息（含有噪声）求出姿态角和角速度，其精度与测量元件的精度、安装方式和信息处理的方法有关。
姿态确定航天器在空间的指向方位，同时，发射航天器需要控制它们的姿态以进入正确的轨道。
通常用角度来定义航天器的姿态，用以飞行器为中心的本体坐标系的旋转角度来描述姿态，常以滚动角、俯仰角和偏航角给出。
为了观察系统姿态，并将这些观察结果转换成控制器能处理的信号，航天器都有一个内置姿态传感器系统。
它利用两个参照点来确定航天器在三维空间里的姿态。
执行特定飞行使命的航天器需按特定的轨迹运动，为满足这个要求常需对轨道进行控制。
这种控制包括利用航天器的推进系统产生的反作用推力的主动控制及利用客观存在的外力（如地球引力、气动力、太阳辐射压力及其他行星的引力等）的被动控制。
对航天器的质心施加外力，以改变其运动轨迹的技术，实现航天器轨道控制的装置的组合称为航天器轨道控制系统。
航天器的轨道一般由主动飞行段和自由飞行段组成。
主动飞行段是航天器变轨发动机的点火段，变轨发动机熄火后是自由飞行段。
航空航天中的飞行控制系统
航空航天中的飞行控制系统航空航天事业一直是人类追求飞翔梦想的象征。
在这个行业中，飞行控制系统扮演着至关重要的角色。
本文将介绍航空航天中的飞行控制系统的基本原理、关键技术以及未来发展方向。
一、飞行控制系统概述飞行控制系统是指航空航天器为了维持稳定的飞行状态所采用的一系列技术和设备的集合体。
其主要目标是确保飞行器安全地完成预定任务，并保证飞行过程中的舒适性。
飞行控制系统主要包括飞行姿态控制、导航系统、引擎控制系统以及航空电子设备等。
这些组成部分相互配合，通过传感器获取飞行器的状态信息，并根据预定的飞行计划进行计算和控制。
二、飞行控制系统的基本原理飞行控制系统的基本原理是通过控制飞行器的姿态、航向和速度，使其按照预定的轨迹安全飞行。
具体而言，飞行控制系统依赖于以下几个关键技术：1. 飞行姿态控制技术飞行姿态控制是指通过控制飞行器的姿态（如俯仰、横滚和偏航角）以及推力，使飞行器保持稳定飞行状态。
常用的控制手段包括机械控制、液压控制和电气控制等。
2. 导航系统导航系统是飞行控制系统中的关键组成部分，其作用是确定飞行器的位置和速度，并提供导航指令。
常见的导航系统包括惯性导航系统、全球卫星导航系统（如GPS）以及地面导航设备等。
3. 引擎控制系统引擎控制系统用于控制飞行器的动力系统，确保引擎工作稳定，并根据需要提供合适的推力。
这需要通过控制燃料供给、气流调节以及温度控制等手段来实现。
4. 航空电子设备航空电子设备包括飞行仪表、通信设备、自动驾驶系统等，它们与飞行控制系统密切相关，用于获取飞行器的状态信息并进行控制。
三、飞行控制系统的关键技术随着科技的发展，飞行控制系统不断向智能化、自主化发展。
以下几个关键技术将在未来的航空航天中得到应用：1. 自适应控制技术自适应控制技术能够根据飞行器在飞行过程中的变化状态进行实时调整，以适应不同的飞行条件，提高飞行器的稳定性和控制精度。
2. 传感器融合技术传感器融合技术是指将多种传感器（如惯性传感器、气压传感器、磁力传感器等）的数据进行综合和处理，提高飞行器的状态感知和控制能力。
飞行器设计的控制系统原理
飞行器设计的控制系统原理随着科技的发展，越来越多的人开始关注航空科技，其中飞行器的设计和制造是其研究领域之一。
在引擎设计、材料选择、飞行器外形设计等众多领域中，控制系统的设计尤为重要。
本文将简要介绍控制系统的原理以及其在飞行器设计中的作用。
一、控制系统的基本原理控制系统是一种包含多个组件的系统，用于对某些输出参数进行控制。
其基本原理是通过对输入信号进行处理和分析，控制输出信号以达到预先设定的目标值。
控制系统的核心是反馈机制，它们通过比较输出信号和目标值之间的误差来确定下一步的控制操作。
简单的控制系统包含三个主要组件：传感器、处理器和执行器。
传感器用于测量物理量，例如温度、速度和位置，处理器则用来处理传感器测量到的数据，执行器用于执行相应的命令。
二、控制系统在飞行器中的应用在飞行器中，控制系统的设计必须综合考虑航空运行环境和馈源源的能量供应。
一般而言，在飞行器中包括以下四个控制组件：飞行控制、动力控制、制动控制和辅助控制。
1. 飞行控制飞行控制用于控制飞机的姿态、位置和速度。
对于姿态控制而言，飞机通过稳定系统控制方向舵、升降舵和副翼的位置来实现。
针对位置和速度控制，将有一个引擎电子控制装置用于控制飞机航路，以及一个推力调节器用于控制飞机的速度。
2. 动力控制在飞行器中，动力控制系统用于最大化引擎的输出功率，从而实现稳定的飞行。
这包括控制汽油和气流的进入量，使得引擎能够更有效地工作。
3. 制动控制制动控制系统的主要作用是在飞机停飞时缓慢地减速度。
在飞机着陆时，制动控制系统会通过给定的高度来降低飞机的速度，以及控制制动力的强度。
4. 辅助控制辅助控制系统用于实现机翼、襟翼和缝翼的操作。
这些控制装置用于控制飞行器的升力、下降速度以及飞行方向。
三、控制系统的发展趋势随着航空技术的不断发展，控制系统的设计也在不断地革新和创新。
例如，新型飞行器采用无线电控制技术、人工智能控制和自主飞行技术，以优化对飞行器的控制和监督。
航天概论课件第四章
度来描述，二者可以通过坐标变换换算。
·影响 轨道运动的外力有变轨发动机的推力和环境
力。发动机工作时称为主动飞行段，发动机不工作
时称为自由飞行段。 ·环境力是指周围环境通过介质接触或场的相互作 用而产生的力，包括天体的引力、辐射压力、磁场 的作用力和空气动力等。
·在航天器运行中，需要对航天器的轨道运动进行 调整、控制和操纵。 ○ 由于不可避免的误差，难以一次达到预定的 准确轨道； ○ 受到环境力的摄动； ○ 需要从一个轨道转移到另一个轨道。
4.2.3
运载火箭的姿态控制系统
姿态控制的任务： 通过测量仪表敏感箭体的姿态信息控制火箭绕质 心的运动，确保在各种外界干扰作用下稳定飞行， 使箭体的姿态保持在允许的范围之内；同时，按飞 行程序和制导系统发出的导引信号，通过改变箭体 姿态来实现制导系统对质心运动的控制。
（1）姿态控制系统的基本原理
4.2
运载火箭的控制系统
运载火箭控制系统的任务：
·控制火箭按预定的轨迹飞行，使有效载荷精确入
轨； ·对火箭进行姿态控制，保证在各种干扰条件下稳 定飞行； ·控制飞行过程各分系统工作状态变化和信息传递； ·发射前对火箭进行检查测试，对发射实施控制。
4.2.1 运载火箭控制系统的组成和功能
组成：
由制导系统、姿态控制系统、配电系统和测试
·制导精度一般采用称为“圆公算偏差”的参数 Cep来表示。它的含意最初是用来表示弹道导弹的命 中精度的，即向一个目标发射多枚导弹，以目标为 圆心，最接近目标的半数弹头击中区域的圆半径。
·制导精度取决于纵向的射程控制精度和横向的偏
离射面的控制精度。
☆ 射程控制 ： ·弹道式导弹的射程取
决于主动段关机点的运动参
发控系统等分系统组成。 功能： 制导系统——控制火箭的质心沿预定的弹道飞 行，保证卫星、飞船等有效载荷准确入轨。 姿态控制系统——控制火箭绕质心的运动，并 保证飞行姿态的稳定。
航空航天控制系统
航空航天控制系统在现代社会中，航空航天工业已经成为了国家科技和经济发展的标志性产业。
从最基础的飞机、火箭，到战斗机、卫星等高科技产品，航空航天工业的发展离不开高精度、高可靠性的控制系统技术。
在这里，我们将从航空航天控制系统的基本构成、发展历程以及未来发展趋势三个方面进行讨论。
一、航空航天控制系统的基本构成航空航天控制系统是指通过电子技术进行监控、调节和操纵航空航天器的系统。
其包含三个重要部分：传感器、控制器、执行器。
其中，传感器可用于检测航空航天器的状态、环境以及位置信息等，控制器则可通过反馈调整航空航天器的运动轨迹和姿态，最终执行器则是用于控制航空航天器进行动作。
在传感器方面，航空航天的传感器需要具备高灵敏、高精度、高可靠性三个基本要素。
例如，GPS（全球定位系统）是航空航天领域中常用的卫星导航系统，它可以为地面、飞机、卫星等航空航天器提供位置、速度、时间等方面的基础信息。
在控制器方面，随着电子技术的不断发展，类比控制器逐渐向数字控制器转型，从而大大提高了控制系统的可靠性和稳定性。
执行器则是由电子脉冲驱动伺服机构控制飞机、卫星的机动。
二、航空航天控制系统的发展历程起初，航空航天控制系统的调节和操纵主要依靠人工作业，而这种方式存在着过高的风险和误差。
1958年，美国首枚人造卫星“先驱1号”发射成功并进入轨道，标志着现代航空航天技术的开端。
从此，控制系统的自动化设计与研究开始萌芽。
之后的几十年间，航空航天控制系统得到了迅猛的发展。
1961年，苏联的加加林第一次飞行进入太空并成功实现了轨道飞行。
1969年，阿波罗11号在飞行器达到月球的过程中，人类登上了月球。
2003年，中国首次成功将人类送入太空。
在这个进程中，航空航天的控制系统愈加完善，越来越具备高可靠性和高精度。
除此之外，航空航天控制系统还发展出了高速数据总线、数字信号处理器、柔性控制、自适应控制等重要技术。
这些技术的运用和创新不断推动着控制系统的进化。
航空航天行业中的飞行控制系统设计原理
航空航天行业中的飞行控制系统设计原理航空航天行业中的飞行控制系统是航空航天器安全且可靠运行的关键组成部分。
它通过控制航空航天器的姿态、航向和位置等参数，确保飞行器能够保持稳定、精准地飞行。
本文将介绍航空航天行业中飞行控制系统的设计原理，包括核心技术、系统组成和工作原理等方面。
飞行控制系统的核心技术是航空航天器的自动控制技术，它是基于航空航天器运行状态和指令输入等信息，利用控制算法实现对飞行器的控制。
这涉及到飞行控制系统所采用的控制器、传感器、执行器等关键部件。
首先，飞行控制系统的核心控制器通常采用先进的计算机控制技术。
控制器利用传感器获取航空航天器的当前状态信息，计算并输出相应的控制指令。
这些控制指令将被发送到执行器，以控制飞行器的姿态、航向、位置等参数。
其次，传感器是飞行控制系统中至关重要的组成部分。
传感器通过感知航空航天器的运行状态和周围环境，将这些信息传递给控制器。
常用的传感器包括陀螺仪、加速度计、气压计、罗盘等。
陀螺仪用于测量飞行器的旋转角速度，加速度计用于测量加速度和重力，气压计用于测量大气压力和高度，罗盘用于测量飞行器的航向。
传感器的准确性和精度对于飞行控制系统的性能至关重要。
最后，执行器是飞行控制系统中用于执行控制指令的部件。
执行器能够根据控制指令的输入，产生相应的动作，对飞行器进行控制。
常见的执行器包括电动马达、液压装置、舵面等。
电动马达可根据控制指令旋转特定角度或产生特定推力，液压装置可控制航空航天器的舵面或发动机喷口位置，以实现对飞行器姿态和航向的控制。
飞行控制系统在工作时有两个主要任务：姿态控制和导航控制。
姿态控制是指控制飞行器的角位移，使其保持稳定的飞行状态。
导航控制是指控制飞行器的航向和位置，使其按照预定的航线飞行。
为了实现这两个控制任务，飞行控制系统需要运行一系列复杂的控制算法。
在姿态控制方面，飞行控制系统通常采用基于反馈的控制策略。
反馈控制策略通过不断检测飞行器的状态，并与期望的状态进行比较，通过调整控制指令来实现姿态控制。
航天器控制系统的设计与实现
航天器控制系统的设计与实现随着人类对太空探索的不断深入，越来越多的航天器开始被设计和制造，而这些航天器都需要一个复杂而精确的控制系统来维持稳定航行。
航天器的控制系统是一项十分关键的技术，其设计和实现需要考虑众多因素，包括航天器的类型、任务要求、控制算法、天气环境等等。
本文将从航天器控制系统的组成架构和设计流程入手，探讨航天器控制系统的设计与实现。
一、航天器控制系统的组成架构航天器控制系统主要由三部分组成，即控制器、执行机构和传感器。
控制器是航天器控制系统的大脑，它通过处理来自传感器的信息，并进行计算和判断，最终控制执行机构完成指定的任务。
执行机构是控制器的输出部分，通常包括推进器、姿态控制器、阻尼器等，这些设备通过控制航天器的姿态、速度和位置等参数，维持航天器的稳定状态。
传感器则是控制器的输入部分，它们可以感知航天器周围的环境，包括温度、压力、姿态、速度等等，并将这些信息传输给控制器进行处理。
二、航天器控制系统的设计流程航天器控制系统的设计流程包括需求分析、方案设计、算法实现、系统测试和优化等多个阶段。
具体如下：1.需求分析在设计航天器控制系统之前，需要对航天器的任务进行分析和研究，了解其所需控制的参数以及要求的精度和稳定性。
根据任务需求，确定控制系统的主要功能，如姿态控制、轨道控制、稳定性控制等。
2.方案设计在制定航天器控制系统方案时，需要综合考虑控制器、执行机构和传感器的整体设计，确定每个部分所需的技术和设备，做好相应的设计和选型，确保整个控制系统的稳定性和性能。
3.算法实现在航天器控制系统的设计过程中，算法的重要性不言而喻。
需要根据航天器的具体控制任务，选择合适的控制算法，如PID算法、模型预测控制算法、神经网络控制算法等，并进行实现和验证。
同时，需要进行算法仿真和控制器硬件设计等工作。
4.系统测试航天器控制系统的测试是保证其稳定性和可靠性的重要手段。
在控制器、执行机构和传感器的调试过程中，需要进行多个不同等级的测试，如单元测试、模块测试、算法测试等，以验证控制系统的正确性和效果。
航空航天工程师的航天器控制系统
航空航天工程师的航天器控制系统航空航天工程师是一个激动人心且充满挑战的职业，他们负责设计和开发航天器，其中一个重要而复杂的任务就是航天器控制系统。
本文将介绍航天器控制系统的重要性，功能和设计原理。
一、航天器控制系统的重要性航天器控制系统是航天任务成功执行的关键之一。
它负责控制和协调航天器的运动、姿态和稳定，确保航天器能够准确地执行预定的任务。
通过精确的控制系统，航天器可以实现轨道调整、姿态控制、航向调整等操作，以应对复杂多变的航天环境和任务需求。
二、航天器控制系统的功能1. 轨道调整功能：航天器在进入轨道后，可能需要进行微调以满足任务需求。
轨道调整功能就是通过控制推进器的工作状态和方向，使航天器能够调整轨道高度、倾角以及偏航角，确保航天器按照预定轨道运行。
2. 姿态控制功能：航天器的姿态控制是指控制航天器的朝向和角度，以满足任务需求。
在航天器进行星际探测或者载人飞行任务时，姿态控制功能尤为重要。
通过控制航天器的推进器和陀螺仪等设备，航天器可以实现姿态的精确调整和维持。
3. 航向调整功能：在执行航天任务期间，航天器可能会面临航向调整的需求，例如改变航向以避开太空垃圾或者其他危险物体。
航向调整功能是通过控制航天器的推进器或者方向舵等设备，调整航天器的航向，确保航天器安全、高效地完成任务。
三、航天器控制系统的设计原理航天器控制系统的设计涉及到飞行动力学、控制论、计算机技术等多个领域的知识。
在设计航天器控制系统时，工程师需要考虑以下几个方面：1. 飞行器动力学模型：工程师需要建立准确的飞行器动力学模型，分析航天器受力情况，以确定合适的控制策略。
这些模型通常包括质量、惯性矩阵、推力、气动系数等参数。
2. 控制策略：根据飞行器动力学模型和任务需求，工程师需要设计合适的控制策略。
常见的控制策略包括PID控制器、状态反馈控制器等，它们可以根据飞行器的状态信息，计算出合适的控制指令以实现所需的运动或姿态。
3. 控制执行和监测：航天器控制系统通常由控制执行和监测两部分组成。
航空航天工程师的航天器遥测和控制系统
航空航天工程师的航天器遥测和控制系统航天器遥测和控制系统是航空航天工程师在航天器飞行中至关重要的组成部分。
它不仅能够监测航天器的各种参数，还能实现对航天器的远程操作和控制。
本文将介绍航天器遥测和控制系统的基本原理、应用以及发展趋势。
一、航天器遥测和控制系统的基本原理航天器遥测和控制系统基于遥测技术，通过测量和传输航天器上各种传感器采集的数据，实时监测航天器的运行状态。
同时，它还可以接收地面指令，控制航天器的姿态、航向和速度等参数。
航天器遥测和控制系统由传感器、遥测数据传输模块、指令接收模块和执行机构等组成。
传感器是航天器遥测和控制系统中最基础的部分，它能够感知航天器上各种物理量，如温度、压力、姿态等。
传感器将采集到的数据转化为电信号，并通过遥测数据传输模块传送给地面控制中心。
遥测数据传输模块是连接航天器和地面控制中心的纽带，它可以通过无线电或卫星通信等方式将传感器采集到的数据传输回地面。
遥测数据传输模块可以实现高速、可靠的数据传输，保证航天器上各个部分数据的实时更新。
指令接收模块是地面控制中心向航天器发送指令的接收装置。
通过接收地面发出的指令，指令接收模块可以将指令传递给执行机构，实现对航天器各个部分的控制。
执行机构是根据接收到的指令实现对航天器姿态、航向和速度等参数的调整。
执行机构通过控制航天器上的发动机、推力装置等来实现对航天器运动状态的控制和调节。
二、航天器遥测和控制系统的应用航天器遥测和控制系统广泛应用于各类航天任务中，包括卫星发射、航天器在轨运行以及返回舱的控制等。
它可以监测航天器的运行状态，及时发现并修正运行中的异常情况，确保航天任务的圆满完成。
在卫星发射过程中，航天器遥测和控制系统可以实时监测发射过程中的各种参数，如推力、姿态和温度等。
通过对这些参数的监测，航天工程师可以及时调整发射参数，确保卫星顺利进入预定轨道。
在航天器在轨运行过程中，航天器遥测和控制系统则起到了关键的作用。
它可以实时监测航天器的各项性能指标，如电力系统、姿态控制系统和燃料消耗等。
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哥伦比亚航天飞机视频资料
4.2
4.2.1 推力器
执行机构
推力器是目前航天器控制使用最广泛的执行机构之 一。它根据牛顿第二定律，利用质射排出，产生反作用 推力，这也正是这种装置被称为推力器或喷气执行机构 的原因。当推安装使得推力方向通过航天器质心，则成 为轨道控制执行机构；而当推力方向不过质心，则必然 产生相对航天器质心的力矩，成为姿态控制执行机构。 根据产生推力所需能源的形式不同，质量排出型推 力器可以分为冷气推力器、热气推力器和电推力器。
加速度计
加速度计是用于测量航天器上加速度计安装点的绝对 加速度沿加速度计输入轴分量的惯性敏感器。虽然目前加 速度计没有广泛用于航天器的姿态稳定和控制，但它是航 天器导航系统中重要的器件。 加速度计的种类很多，有陀螺加速度计、摆式加速度 计、振动加速度计、石英加速度计等。
4.1.6
磁强计
磁强计是以地球磁场为基准，测量航天器姿态的敏 感器。磁强计本身是用来测量空间环境中磁场强度的。 由于地球周围每一点的磁场强度都可以由地球磁场模型 事先确定，因此利用航天器上的磁强计测得的信息与之 对比便可以确定出航天器相对于地球磁场的姿态。 磁敏感器根据工作原理不同可以分为感应式磁强计 和量子磁强计两种。
4.1.4 陀螺 陀螺是利用一个高速旋转的质量来敏感其自旋轴在 惯性空间定向的变化。 陀螺具有两大特性，即定轴性和进动性。 定轴性就是当陀螺不受外力矩作用时，陀螺旋转轴 相对于惯性空间保持方向不变； 进动性就是当陀螺受到外力矩作用时，陀螺旋转轴 将沿最短的途径趋向于外力矩矢量，进动角速度正比于 外力矩大小。
姿态敏感器小结
在实际的航天器姿态控制系统中，各种敏感器单独使 用一般是不能满足要求的，需要多种多个姿态敏感器组 合使用，形成一个姿态测量系统。原因主要有三方面：
一、相对于同一基准最多只能获得两个姿态角；
二、各种敏感器均存在条件限制； 三、航天器的长寿命工作特点要求敏感器可靠地长 时间提供高精度姿态信息，所以姿态敏感器的冗余便成 为必须考虑的重要问题。
4.1 姿态敏感器
姿态就是航天器在空间的方 位，而姿态敏感器用来测量航天 器本体坐标系相对于某个基准坐 标系的相对角位置和角速度，以 确定航天器的姿态。要完全确定 一个航天器的姿态，需要3个轴 的角度信息。由于从一个方位基 准最多只能得到两个轴的角度信 息，为此要确定航天器的三轴姿 态至少要有两个方位基准。
3．其他太阳敏感器 太阳指示器也称为太阳出 现探测器。当太阳出现在敏感 器视场内，并且信号超过门限 值时，表示见到了太阳，输出 为1；当信号低于门限值时， 输出为O，表示没见到太阳。 这种敏感器一般用来作保护器， 例如保护红外地平仪免受太阳 光的影响。
4.1.2 红外地平仪 红外地平仪就是利用地球自身的红外辐射来测量航 天器相对于当地垂线或者当地地平方位的姿态敏感器， 简称地平仪。 目前红外地平仪主要有3种形式：地平穿越式、边 界跟踪式和辐射热平衡式。 其中地平穿越式地平仪扫描视场大，其余两种地 平仪的工作视场较小，只能适用于小范围的姿态测量， 但精度较高. 下面分别介绍这3种红外地平仪的基本工作原理。
4.1.1 太阳敏感器
太阳敏感器是通过对太阳辐射的敏感来测量太阳视 线与航天器某一体轴之间夹角的敏感器。 太阳敏感器之所以有这样广泛的通用性是因为: 1.在大多数应用场合，可以把太阳近似看作是点光 源，因此就可简化敏感器的设计和姿态确定的算法； 2.太阳光源很强，从而使敏感器结构简单，其功率 要求也很小； 3.太阳敏感器的视场很大，可以从几分×几分到 128。× 128。 ，而分辨率可以从几度到几角秒。 太阳敏感器具有3种基本类型：模拟式、数字式和太 阳指示器。经常使用的为模拟式和数字式两种。
1．地平穿越式地平仪 地平穿越式地平仪的视场相对于地球作扫描运动。当 视场穿越地平线时，也就是说扫到地球和空间交界时，地 平仪接收到的红外辐射能量发生跃变，经过热敏元件探测 器把这种辐射能量的跃变转变成电信号，形成地球波形。 然后通过放大和处理电路，把它转变成为前后沿脉冲。最 后通过计算电路，把前后沿脉冲与姿态基准信号进行比较， 得出姿态角信息，也就是滚动角或俯仰角。 图4．5所示为地平穿越式地球敏感器工作原理图。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1．狭缝式星敏感器
这种星敏感器利用航天器自旋对天体进行扫描。当 星光通过光学系统到达并穿过位于焦平面上的狭缝码盘 时，星光就被检测敏感到。若信号超过设置的门限位， 电子装置便产生一个脉冲来表示星的出现。在焦平面码 盘上的狭缝如图4.10(b)所示，测量星光通过第一条狭缝 的时间和经过两个狭缝之间的时间然后结合星历表和航 天器的自旋速度，计算得出姿态信息。
4.1.3 星敏感器
星敏感器是以某一颗亮度高于+2可见星等的恒星为基准， 测量其相对于航天器的角位置，并同星历表中该星的角位置 参数进行比较，来确定航天器的姿态。也即通过对恒星星光 的敏感来测量航天器的某一个基准轴与该恒星视线之间的夹 角。由于恒星张角非常小( ～ )，因此星敏感器的 0.04 0.005 测量精度很高。
敏感器由测量变换器和信号处理线路两部分组成， 姿态敏感器按不同方式的测量变换器可分为下列4种。 (1)光学敏感器：太阳敏感器，红外地平仪，星敏感 器，地球反照敏感器等；
(2)惯性敏感器：陀螺、加速度计；
(3)无线电敏感器：射频敏感器； (4)其他：磁强计。
下面介绍最常用的7种姿态敏感器：太阳敏感器，红 外地平仪，星敏感器，陀螺，加速度计，磁强计和射频 敏感器。
1．模拟式太阳敏感器 模拟式太阳敏感器的输出信号为模拟量，其大小和符号 是太阳光入射角的连续函数。模拟式太阳敏感器通常又 叫做余弦检测器，这是因为硅太阳电池输出电流与太阳 光入射角成正弦规律变化。
模拟式太阳敏感器视场在几十度时，精度可达到0.5 ； 当视场很小，仅为1 ～2 时，精度可达到秒级。
星敏感器分星图仪和星跟踪器两种类型，星跟踪器又可 分为框架式和固定式两种形式。 (1)星图仪：又称星扫描器。一般都是狭缝式，用 在自旋卫星上，利用星体的旋转来搜索和捕获目标恒星。 (2)框架式星跟踪器：是把敏感头装在可转动的框 架上，且通过旋转框架来搜索和捕获目标。 (3)固定式星跟踪器：这种跟踪器的敏感头相对航 天器固定，在一定的视场内具有搜索和跟踪能力，例如 采用析像管电子扫描和CCD器件成像。
目前应用较多的是感应式磁强计，它是建立在法拉 第磁感应定律的基础上的。感应式磁强计分为搜索线圈 式磁强计和磁通门磁强计两种类型。
4.1.7 射频敏感器 射频敏感器确定航天器姿态的原理是基于对航天器 天线轴与无线电波瞄准线之间夹角的测量。目前大多采 用两种射频敏感器，即单脉冲比相(干涉仪式)和比辐式。 单脉冲比相干涉仪是由光的干涉原理引伸而来，至 少要采用两个接收天线，其间矩为d，称为基线长度，如 图4．14所示。当天线与地面距离比基线长度d大得多时， 有如下关系式： cos (4．2) 2 d 式中， 为两个天线接收电波的相位差，A为波长。由式 (4· 2)可见， 2 d 是预先确定的，因此只要测出两个天线 接收信号的相位差 ，便可确定方向角 。同样，如果 在一基线的垂直方向增加另一套相同的设备，就可以测 出另一个方向角。
2．CCD星敏感器 CCD星敏感器采用电荷耦合器件图像列阵作为检测器， 电荷耦合器具有垂直和水平像素。CCD星敏感器与其他星 敏感器相比较具有非常突出的优点。 它能够同时跟踪多颗星，对磁场不敏感，精度得到 改善。 CCD星敏感器被认为是最有发展前途的星敏感器，我 国目前也正在积极地发展这一技术。
第四章 航天器姿态控制系统的组成与分类
4.1姿态敏感器 4.2执行机构 4.3控制器—星载控制计算机 4.4姿态控制系统的任务与分类
第四章 航天器姿态控制系统的组成与分类
航天器控制分为轨道控制与姿态控制两方面，而航 天器控制系统在原理上和其他工程控制系统基本上是一 样的，完成三个最基本的过程：敏感测量、信号处理和 执行过程。其结构如图4.1所示，仍然是由敏感器、控制 器和执行机构三大部分组成。敏感器用以测量某些绝对 的或相对的物理量，执行机构起控制作用，驱动动力装 置产生控制信号所要求的运动，控制器则担负起信号处 理的任务。人们把这三部分统称为控制硬件，而把完成 测量和控制任务所需的算法称为软件。
单脉冲比幅方法需要形成两个互相叠交的天线方向 图，当目标与天线轴不重合(成 角)时(见图4．15)， 下面的方向图收到的信号 E1将大于上面的方向图收到的 信号 E2。两个信号的振幅差表示目标与天线轴之间夹角， 而振幅差的符号则表示偏离的方向。当目标与天线轴重 合时，由上、下方向图收到的信号振幅相等，其差值就 等于零。
1．二自由度陀螺
图4.11表示一个二自由度陀螺(含转子的一个自转自 由度)的几何结构。基于陀螺进动性，由图可知，若转子 被迫以某个角速度绕输入轴转动，则绕输出轴(框架)就 会出现一个力矩。同时在输出轴也装有一个平衡弹簧， 从而这个力矩使输出轴转动一个角度，这个输出角度正 比于这个力矩，也就是正比于输入轴的角速度。
美国哈勃太空望远镜
姿态敏感器按不同的基准方位，可分为下列5类。 (1)以地球为基准方位：红外地平仪，地球反照敏感 器； (2)以天体为基准方位：太阳敏感器，星敏感器； (3)以惯性空间为基准方位：陀螺，加速度计；
(4)以地面站为基准方位：射频敏感器；
(5)其他：例如磁强计(以地磁场为基准方位)，陆 标敏感器(以地貌为基准方位)。
模拟式太阳敏感器工作原理
单轴模拟式太阳敏感器: 只能测量航天器相对于太阳光线的一个姿态角 两轴模拟式太阳敏感器: 同时获得航天器相对于太阳光线的两个姿态角
图4.3 两轴模拟式太阳敏感器
2．数字式太阳敏感器
数字式太阳敏感器的 输出信号是与太阳入射角 相关的以编码形式出现的 离散函数。在结构上，它 主要由狭缝、码盘、光敏 元件阵列、放大器和缓冲 寄存器组成， 光敏元件阵列是由一 排相互平行且独立的光电 池条组成，其数量决定了 太阳敏感器输出编码的位 数，从而在一定程度上影 响到敏感器的分辨率。