航天器姿態(tài)控制算法工程師崗位招聘考試試卷及答案航天器姿態(tài)控制算法工程師崗位招聘考試試卷及答案一、填空題（共10題，每題1分）1.航天器姿態(tài)表示中，______無(wú)姿態(tài)奇異問(wèn)題。2.依賴地磁場(chǎng)產(chǎn)生控制力矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是______。3.星敏感器屬于______姿態(tài)傳感器（填“絕對(duì)”或“相對(duì)”）。4.歐拉角中，______角為90°時(shí)出現(xiàn)奇異點(diǎn)。5.反應(yīng)輪通過(guò)______變化產(chǎn)生控制力矩。6.對(duì)地定向航天器參考______坐標(biāo)系。7.四元數(shù)的模長(zhǎng)理論值為______。8.姿態(tài)估計(jì)常用的最優(yōu)濾波方法是______濾波。9.動(dòng)量輪主要存儲(chǔ)______以提供穩(wěn)定力矩。10.太陽(yáng)敏感器測(cè)量的是______。二、單項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分）1.以下存在姿態(tài)奇異的是？A.四元數(shù)B.歐拉角C.方向余弦矩陣D.位置矢量2.噴氣推力器的特點(diǎn)是？A.無(wú)燃料消耗B.持續(xù)力矩C.脈沖力矩D.依賴地磁場(chǎng)3.星敏感器不輸出的是？A.四元數(shù)B.星點(diǎn)坐標(biāo)C.姿態(tài)角D.軌道位置4.屬于相對(duì)姿態(tài)傳感器的是？A.陀螺B.星敏感器C.太陽(yáng)敏感器D.地球敏感器5.磁力矩器效果最佳的軌道是？A.GEOB.LEOC.深空D.任意6.控制力矩陀螺（CMG）的優(yōu)勢(shì)是？A.力矩大B.無(wú)飽和C.不耗燃料D.精度極高7.對(duì)地定向俯仰角參考______系？A.地心慣性B.當(dāng)?shù)厮紺.日心D.本體8.卡爾曼濾波“更新”依賴______？A.動(dòng)力學(xué)模型B.傳感器量測(cè)C.軌道參數(shù)D.燃料剩余9.屬于被動(dòng)控制力矩的是？A.噴氣B.飛輪C.重力梯度D.磁力矩10.四元數(shù)分量數(shù)量是？A.3B.4C.5D.任意三、多項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分）1.姿態(tài)執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括？A.動(dòng)量輪B.磁力矩器C.噴氣推力器D.太陽(yáng)敏感器2.姿態(tài)表示方法有？A.歐拉角B.四元數(shù)C.方向余弦矩陣D.位置矢量3.姿態(tài)傳感器包括？A.陀螺B.星敏感器C.太陽(yáng)敏感器D.反應(yīng)輪4.四元數(shù)的優(yōu)點(diǎn)是？A.無(wú)奇異B.計(jì)算快C.存儲(chǔ)小D.精度無(wú)限高5.對(duì)地定向坐標(biāo)系有？A.軌道系B.當(dāng)?shù)厮较礐.地心慣性系D.日心系6.姿態(tài)控制模式包括？A.對(duì)地定向B.對(duì)日定向C.慣性定向D.機(jī)動(dòng)控制7.卡爾曼濾波核心步驟是？A.預(yù)測(cè)B.協(xié)方差更新C.量測(cè)更新D.積分8.飛輪飽和卸載方法有？A.磁力矩卸載B.噴氣卸載C.太陽(yáng)帆卸載D.重力梯度卸載9.姿態(tài)擾動(dòng)力矩來(lái)源？A.重力梯度B.氣動(dòng)力矩C.太陽(yáng)輻射D.軌道攝動(dòng)10.主動(dòng)姿態(tài)控制方式有？A.噴氣B.飛輪C.磁力矩D.重力梯度四、判斷題（共10題，每題2分）1.四元數(shù)有3個(gè)有效分量+1個(gè)約束分量。（）2.歐拉角奇異點(diǎn)出現(xiàn)在滾轉(zhuǎn)角90°時(shí)。（）3.星敏感器精度可達(dá)角秒級(jí)。（）4.動(dòng)量輪可提供持續(xù)力矩。（）5.磁力矩器深空效果好。（）6.卡爾曼濾波僅適用于線性系統(tǒng)。（）7.對(duì)地定向偏航角參考地心。（）8.反應(yīng)輪力矩與角動(dòng)量變化率成正比。（）9.太陽(yáng)敏感器僅測(cè)方位角，不測(cè)高度角。（）10.姿態(tài)算法需結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。（）五、簡(jiǎn)答題（共4題，每題5分）1.簡(jiǎn)述四元數(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)景。2.對(duì)比噴氣控制與飛輪控制的優(yōu)缺點(diǎn)。3.說(shuō)明卡爾曼濾波在姿態(tài)估計(jì)中的原理。4.簡(jiǎn)述重力梯度力矩的產(chǎn)生及應(yīng)用。六、討論題（共2題，每題5分）1.如何解決飛輪角動(dòng)量飽和問(wèn)題？結(jié)合方法分析優(yōu)缺點(diǎn)。2.設(shè)計(jì)星敏+陀螺的姿態(tài)估計(jì)方案，分析二者互補(bǔ)性。---答案部分一、填空題答案1.四元數(shù)2.磁力矩器3.絕對(duì)4.俯仰5.角動(dòng)量6.當(dāng)?shù)厮剑ɑ蜍壍老担?.18.卡爾曼9.角動(dòng)量10.太陽(yáng)矢量方向二、單項(xiàng)選擇題答案1.B2.C3.D4.A5.B6.A7.B8.B9.C10.B三、多項(xiàng)選擇題答案1.ABC2.ABC3.ABC4.ABC5.AB6.ABCD7.ABC8.ABC9.ABC10.ABC四、判斷題答案1.√2.×3.√4.√5.×6.×7.√8.√9.×10.√五、簡(jiǎn)答題答案1.四元數(shù)優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用：無(wú)姿態(tài)奇異（避免歐拉角90°俯仰奇異）、計(jì)算效率高（運(yùn)算量?jī)H為方向余弦矩陣1/4）、存儲(chǔ)量小（4個(gè)浮點(diǎn)數(shù)）。典型應(yīng)用：航天器大角度機(jī)動(dòng)、高精度姿態(tài)估計(jì)（星敏/陀螺組合）、實(shí)時(shí)控制算法（卡爾曼濾波更新）。2.噴氣與飛輪控制對(duì)比：噴氣：優(yōu)點(diǎn)（力矩大、響應(yīng)快）；缺點(diǎn)（耗燃料、脈沖力矩易抖動(dòng)）。飛輪：優(yōu)點(diǎn)（無(wú)燃料、連續(xù)力矩）；缺點(diǎn)（力矩小、角動(dòng)量飽和需卸載）。二者常結(jié)合（大機(jī)動(dòng)用噴氣，穩(wěn)定用飛輪）。3.卡爾曼濾波姿態(tài)估計(jì)原理：分兩步：①預(yù)測(cè)：基于運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)模型，預(yù)測(cè)當(dāng)前姿態(tài)及誤差協(xié)方差；②更新：結(jié)合星敏/陀螺量測(cè)，加權(quán)修正預(yù)測(cè)值，最小化估計(jì)誤差。核心是“模型預(yù)測(cè)+量測(cè)修正”閉環(huán)，解決傳感器噪聲問(wèn)題。4.重力梯度力矩產(chǎn)生及應(yīng)用：地球引力梯度導(dǎo)致航天器不同部位引力差異，對(duì)質(zhì)心形成力矩，使長(zhǎng)軸指向地心。應(yīng)用：被動(dòng)姿態(tài)控制（重力梯度穩(wěn)定），無(wú)需主動(dòng)機(jī)構(gòu)，適合長(zhǎng)期低軌任務(wù)（如遙感衛(wèi)星），但穩(wěn)定精度低（角分級(jí)）。六、討論題答案1.飛輪飽和卸載方法：常用方法：①磁力矩卸載（低軌適用，無(wú)燃料但力矩小）；②噴氣卸載（力矩大、響應(yīng)快但耗燃料）；③太陽(yáng)帆卸載（深空適用，無(wú)地磁場(chǎng)但帆面積大）。實(shí)際結(jié)合磁力矩+噴氣（低軌用磁力矩為主，飽和時(shí)噴氣補(bǔ)充），平衡燃料與效率。2.星敏+陀螺姿態(tài)估計(jì)方案：方案