淡江大學覺生紀念圖書館 (TKU Library)
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系統識別號 U0002-1808200814214600
中文論文名稱 TUUSAT-1A微衛星系統功能模擬驗證軟體整合與分析
英文論文名稱 The Integration and Analysis of System Verification Software for micro-satellite, TUUSAT-1A
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 王裕淵
研究生英文姓名 Yu-Yuan Wang
學號 695371152
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-14
論文頁數 83頁
口試委員 指導教授-洪祖昌
委員-吳宗達
委員-林進豐
委員-賴榮滄
委員-趙志民
中文關鍵字 微衛星  模擬器  系統設計 
英文關鍵字 Micro-satellite  simulator  system design 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本文主要是針對TUUSAT-1A微衛星之細部設計,使用系統驗證軟體TUUSIM(TUUSAT-1A SIMulator)對任務做模擬分析。由微衛星的概念介紹、TUUSAT-1A任務與架構為前導,在瞭解微衛星的基本架構後,進而說明微衛星各子系統細部設計,包括系統設計與初步設計,例如系統需求、硬體等設計,並對每層的系統配製作詳細的說明。接著為了驗證TUUSAT-1A子系統設計與效能,使用研究團隊自行發展的驗證軟體TUUSIM,在整合熱控程式後,對姿態、熱控、電源與通訊四個子系統作任務模擬分析,將模擬結果與系統細部設計作討論。
英文摘要 This paper according to critical design of TUUSAT-1A subsystems uses simulator to verify the mission requirements. By the introduction and concept of the micro-satellite, the mission and frames TUUSAT-1A, after understanding the basic overhead construction of micro-satellite, then explain critical design of micro-satellite, including system design and the preliminary design, for example system requirements, hardware and so on. Then we give the detailed explanation to each tray configuration. For verification the TUUSAT-1A subsystem design, using the software TUUSIM that developed by research team, after combining with thermal programs, to run mission simulation of attitude control, thermal control, electrical power and communication subsystem, finally discusses the result with critical design review.
論文目次 目錄....................................................III
表目錄...................................................VI
圖目錄..................................................VII
名詞解釋.................................................XI
第一章 序論...............................................1
1-1 前言..................................................1
1-2 文獻回顧..............................................3
1-3 研究動機與目的........................................7
1-4 論文架構..............................................8
第二章 TUUSAT-1A細部設計介紹..............................9
2-1 衛星任務目標與需求....................................9
2-2 TUUSAT-1A微衛星系統架構..............................11
2-3 TUUSAT-1A微衛星子系統細部設計介紹....................12
2-3-1 結構子系統細部設計.................................12
2-3-2 姿態子系統細部設計.................................15
2-3-3 熱控子系統細部設計.................................18
2-3-4 電腦子系統細部設計.................................19
2-3-5 電源子系統細部設計.................................21
2-3-6 通訊子系統細部設計.................................23
2-3-7 酬載子系統細部設計.................................25
2-4 系統配置.............................................28
2-5電機系統功能測試......................................33
2-6 TUUSAT-1A發展成果....................................37
第三章 微衛星系統驗證軟體設計............................39
3-1環境模型的建立........................................39
3-1-1 衛星軌道模型.......................................39
3-1-2 地球磁場模型.......................................41
3-1-3 太陽位置模型.......................................43
3-1-4 環境作用力矩.......................................45
3-2系統數學模型..........................................47
3-3子系統模型建立........................................49
3-3-1 姿態系統建立.......................................49
3-3-2 熱控系統建立.......................................52
3-3-3 電源系統建立.......................................58
3-3-4 通訊系統建立.......................................60
第四章 微衛星系統驗證軟體分析............................62
4-1 TUUSAT-1A系統驗證軟體介紹............................62
4-2 系統驗證軟體架構.....................................63
4-3 分析參數選擇.........................................64
4-4 任務實例分析.........................................67
4-4-1 姿態系統...........................................67
4-4-2 熱控系統...........................................70
4-4-3 電源系統...........................................76
4-4-4 通訊系統...........................................77
第五章 結論與未來展望....................................80
5-1 結論.................................................80
5-2 未來展望.............................................81
參考文獻.................................................82

表目錄
表1-1衛星大小的分類.......................................3
表1-2 FORMOSAT-2任務模擬工具..............................7
表2-1 TUUSAT-1A Weight Budget............................13
表2-2磁棒性能驗證........................................16
表2-3磁滯棒性能驗證......................................16
表2-4各元件操作溫度及輸出功率............................18
表2-5 GPS-12規格表.......................................26
表2-6 GPS環測結果表......................................37
表4-1軌道參數............................................65
表4-2衛星參數............................................65
表4-3環境熱源參數........................................65
表4-4材料參數............................................66
表4-5 AlNiCo-5材料特性表.................................66
表4-6 HyMu-80材料特性表..................................66
表4-7內部節點溫度範圍(hot case)..........................72
表4-8內部節點溫度範圍(cold case).........................72
表4-9 Power budget.......................................77

圖目錄
圖2-1衛星本體結構示意圖..................................10
圖2-2微衛星系統架構圖....................................11
圖2-3 TUUSAT-1A實體圖1...................................14
圖2-4 TUUSAT-1A 實體圖2..................................14
圖2-5電池座..............................................15
圖2-6磁棒 ................................................17
圖2-7磁滯棒..............................................17
圖2-8磁滯線圈............................................17
圖2-9 Kapton Tape........................................19
圖2-10 Command Processor Board...........................20
圖2-11太陽能板排列方式...................................22
圖2-12華衛一號太陽能板...................................23
圖2-13 Battery...........................................23
圖2-14 TUUSAT-1A 微衛星通訊子系統架構....................24
圖2-15 AFD 7021傳輸接收模組..............................25
圖2-16 GPS架構圖.........................................27
圖2-17 Novatel OEMV-1....................................27
圖2-18 GPS-12機械結構圖..................................28
圖2-19 TUUSAT-1A 系統配置圖..............................30
圖2-20第一層-OBC層.......................................31
圖2-21第二層-BAT層.......................................31
圖2-22第三層- BCR層......................................32
圖2-23第四層-TX/RX層.....................................32
圖2-24 DC/DC Converter輸入14V輸出5V......................33
圖2-25 DC/DC Converter輸入14V輸出3.3V....................34
圖2-26 Charger輸出電流波形...............................34
圖2-27太陽能板量測示意圖.................................34
圖2-28太陽能板(a)面(未並聯)..............................35
圖2-29太陽能板(b)面(未並聯)..............................35
圖2-30太陽能板(a)(b)面並聯...............................35
圖2-31 GW 1000傳輸接收機測試圖效能圖.....................36
圖3-1軌道六元素示意圖....................................41
圖3-2磁偶示意圖..........................................42
圖3-3 L-Shell Model......................................42
圖3-4本影區示意圖........................................44
圖3-5磁鐵與地磁作用圖....................................51
圖3-6磁滯現象B-H曲線圖...................................51
圖3-7磁滯棒重量與despin時間關係圖........................52
圖3-8內節點圖............................................56
圖3-9外節點圖............................................57
圖3-10太陽能板節點圖.....................................57
圖3-11太陽能板接收陽光之有效面積.........................59
圖3-12地球、衛星與太陽位置關係圖.........................59
圖3-13各面之陽光入射角...................................60
圖4-1軟體平台驗證概念圖..................................62
圖4-2 TUUSIM方塊圖.......................................64
圖4-3衛星三軸角速度圖形case1.............................68
圖4-4指向精度圖形case1...................................68
圖4-5衛星三軸角速度圖形case2.............................68
圖4-6指向精度圖形case2...................................69
圖4-7衛星三軸角速度圖形case3.............................69
圖4-8指向精度圖形case3...................................69
圖4-9 Worst case衛星三軸角速度圖形.......................70
圖4-10 Worst case指向精度圖形............................70
圖4-11內部四層底板溫度模擬圖(hot case)...................72
圖4-12內部四層底板溫度模擬圖(cold case)..................72
圖4-13電池溫度模擬圖(hot case)...........................73
圖4-14電池溫度模擬圖(cold case)..........................73
圖4-15電池+電池座溫度模擬圖(hot case)....................73
圖4-16電池+電池座溫度模擬圖(cold case)...................73
圖4-17 CPB溫度模擬圖(hot case)...........................74
圖4-18 CPB溫度模擬圖(cold case)..........................74
圖4-19 camera board溫度模擬圖(hot case)..................74
圖4-20 camera board溫度模擬圖(cold case).................74
圖4-21 power board溫度模擬圖(hot case)...................75
圖4-22 power board溫度模擬圖(cold case)..................75
圖4-23 GW1000KB溫度模擬圖(hot case)......................75
圖4-24 GW1000KB溫度模擬圖(cold case).....................75
圖4-25向光與背光區域功率輸出.............................77
圖4-26地面站與衛星間之仰角與方位角.......................78
圖4-27天線追蹤範圍.......................................79
圖4-28衛星對地面之都卜勒效應.............................79


參考文獻 [1] 林建銘、張博鈞、洪祖昌,2007/11“微衛星結構設計分析”中國航太學會/民航學會聯合學術研討會 AASRC/CCAS Joint Conference 屏東科技大學
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