Niniejsza rozprawa doktorska ma na celu weryfikację następujących hipotez naukowych:

• Możliwe jest opracowanie estymatora orientacji przestrzennej dedykowanego dla nanosatelitów, który może funkcjonować z wykorzystaniem niewielkiej liczby stosunkowo prostych czujników, bez wiedzy o~momentach siły działających na satelitę.
• Możliwe jest opracowanie obserwatora orientacji który radzi sobie z okresową niedostępnością pomiarów jednego z czujników orientacji.
• Możliwe jest uzyskanie porównywalnego stopnia precyzji estymacji orientacji przestrzennej za pomocą systemu, który dokonuje każdego rodzaju pomiarów z inną częstotliwością, tak, by móc rzadziej używać bardziej energochłonnych czujników.

Prezentowana praca rozpoczyna się krótkim wprowadzeniem do niektórych pojęć z dziedziny inżynierii kosmicznej, które są istotne dla tematu, ale wykraczają poza sferę samej teorii sterowania. Należą do nich układy odniesienia, sposób pomiaru czasu i opisywania orbit i orientacji statków kosmicznych.

Następnie zostaje wprowadzony termin „nanosatelita”. Problem kontroli orientacji dla tej klasy pojazdów kosmicznych przedstawiono wymieniając podstawowe zadania sterowania i krótko opisując najważniejsze części Systemu Odtwarzania i Kontroli Orientacji. Aby dać czytelnikowi dobry kontekst praca zawiera również przegląd literatury, wraz z opisem istniejących już rozwiązań służących do estymacji orientacji.

Każdy algorytm odtwarzania orientacji wymaga modeli referencyjnych mierzonych wartości wektorowych. W związku z tym praca zawiera również opis tych modeli. Oprócz pomiaru prędkości kątowej, w symulacjach brane są pod uwagę pomiary pola magnetycznego i kierunku Słońca.

Następnie opisany zostaje nowy algorytm SDQAE, zarówno w uogólnionej formie, jak i dla konkretnego przypadku trzech wybranych typów pomiarów. Estymator działa rozwiązując klasyczny problem Wahby w wersji z kwaternionową reprezentacją orientacji. Algorytm działa w oparciu o poszukiwanie minimum funkcji celu za pomocą metody najszybszego spadku. Jednak celem nie jest znalezienie optymalnego rozwiązania w każdym kroku, co byłoby podatne na błędy pomiarowe. Przeciwnie, wykorzystuje schemat predykcji i korekcji gdzie żyroskop MEMS dostarcza sposobu przewidywania orientacji, a pozostałe czujniki stanowią wejścia do bloku korekcji wykonującego jeden krok optymalizacji w jednym takcie. Jednocześnie SDQAE ma zdolność szacowania biasu żyroskopu. Algorytm posiada również dość rzadką cechę, ponieważ może pracować z różnymi częstotliwościami próbkowania dla każdego z czujników. Potencjalnie umożliwia to równoważenie zużycia energii i wydajności w bardziej wyrafinowany sposób. Praca zawiera także uwagi dotyczące strojenia algorytmu i właściwości jego zbieżności.

Istnieją trzy typy symulacji weryfikacyjnych przeprowadzonych w ramach prezentowanej pracy. Przede wszystkim estymator SDQAE jest testowany w realistycznym scenariuszu planowanej misji satelity Lithuanica Sat-2. Obejmuje on eksperyment Monte Carlo nieuwzględniający okresową niedostępność czujnika kierunku słońca ze względu na jego ograniczone pole widzenia (FOV) oraz fakt, że Słońce może zostać zaćmione przez Ziemię. Takie realistyczne badania nie są powszechne w literaturze przedmiotu. Ponadto, przeprowadzone zostało porównanie algorytmu z wybranymi znanymi rozwiązaniami. Eksperyment Monte Carlo jest w tym przypadku podobny, choć z uwagi na ograniczenia niektórych algorytmów zakłada pełne pole widzenia (FOV) czujników Słońca. Okazuje się, że przedstawiony estymator wypada bardzo dobrze w tym zestawieniu, a w szczególności wydaje się wyjątkowo odporny na zjawisko zaćmienia Słońca. Ostatni pracy przedstawiony scenariusz to taki, w którym SDQAE używa wszystkich czujników z różnymi okresami próbkowania. Okazuje się, że można w takim przypadku uzyskać porównywalną jakość estymacji.

Konkludując, udało się wykazać, że wszystkie trzy przedstawione hipotezy badawcze okazują się być prawdziwe. Dodatkowo, praca doktorska kończy się wskazaniem niektórych możliwych kierunków przyszłych badań.

Pełna wersja autoreferatu autoreferat.pdf

Pełna wersja pracy doktorskiej rozprawadoktorska.pdf

- Zagórski P., Bangert P., Gallina A., Identification of the orbit semi-major axis using frequency properties of onboard magnetic field measurements Aerospace Science and Technology ; ISSN 1270-9638. — 2017 vol. 66, s. 380–391. — Bibliogr. s. 391, Abstr.. — Publikacja dostępna online od: 2017-03-21.

- Zagórski P., Grega W., Aerospace blockset for Xcos – open source tool for aerospace systems numerical computation and simulation Measurement, Automation, Monitoring / Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich. Sekcja Metrologii, Polskie Stowarzyszenie Pomiarów Automatyki i Robotyki POLSPAR ; ISSN 2450-2855. - Tytuł poprz.: Pomiary, Automatyka, Kontrola ; ISSN: 0032-4140. — 2015 vol. 61 no. 12, s. 551–554. - Bibliogr. s. 554, Abstr.

- Zagórski P., Metoda tworzenia modelu ziemskiego pola magnetycznego zoptymalizowanego dla obserwatora orientacji satelity — Method for creating earth's magnetic field model optimized for satellite attitude observer Prace Instytutu Elektrotechniki = Proceedings of Electrotechnical Institute ; ISSN 0032-6216. — 2012 R. 59 z. 260, s. 45–56. — Bibliogr. s. 55, Streszcz., Abstr.

- Zagórski P., Modeling disturbances influencing an earth-orbiting satellite — Modelowanie zakłóceń ruchu satelity na orbicie okołoziemskiej PAR Pomiary Automatyka Robotyka ; ISSN 1427-9126. — 2012 R. 16 nr 5, s. 98–103. — Bibliogr. s. 103, Abstr., Streszcz.

- Zagórski P., Gallina A., Uhl T., Semi-major axis identification based on magnetic field spectral analysis W: Technology for small satellite research : payloads and subsystem technologies, small satellite applications, missions, and in-orbit experiences / eds. Stephan Busch, Klaus, Schilling. — France : International Academy of Astronautics, cop. 2016. — (Small Satellites - Programs, Missions, Technologies and Applications ; vol. 1 no. 6). — ISBN: 978-2-917761-49-6. — S. 41–48. — Bibliogr. s. 48, Abstr.. — PINA 2015

- Gallina A., Zagórski P., Rachucki J., A test bed for the simulation of magnetic field measurements of low Earth orbit satellites Mechanics and Control [article in press]

- Zagórski P., Gallina A., Rachucki J., Moczała B., Ziętek S., Uhl T., An orbit determination algorithm for small satellites based on the magnitude of the Earth magnetic field. W: Progress in Flight Dynamics,Guidance, Navigation and Control — EUCASS 2015 [article in press]

- Zagórski P., Dziwiński T., Tutaj A., Steepest Descent Quaternion Attitude Estimator Aerospace Science and Technology [article succesfully passed first round of peer review]

• dr hab. inż. Ryszard Leniowski, prof. PRz Recenzja nr 1
  
• dr hab. inż. Krzysztof Oprzędkiewicz, prof. AGH Recenzja nr 2