航天器姿态控制算法工程师岗位招聘考试试卷及答案

航天器姿态控制算法工程师岗位招聘考试试卷及答案航天器姿态控制算法工程师岗位招聘考试试卷及答案一、填空题（共10题，每题1分）1.航天器姿态表示中，______无姿态奇异问题。2.依赖地磁场产生控制力矩的执行机构是______。3.星敏感器属于______姿态传感器（填“绝对”或“相对”）。4.欧拉角中，______角为90°时出现奇异点。5.反应轮通过______变化产生控制力矩。6.对地定向航天器参考______坐标系。7.四元数的模长理论值为______。8.姿态估计常用的最优滤波方法是______滤波。9.动量轮主要存储______以提供稳定力矩。10.太阳敏感器测量的是______。二、单项选择题（共10题，每题2分）1.以下存在姿态奇异的是？A.四元数B.欧拉角C.方向余弦矩阵D.位置矢量2.喷气推力器的特点是？A.无燃料消耗B.持续力矩C.脉冲力矩D.依赖地磁场3.星敏感器不输出的是？A.四元数B.星点坐标C.姿态角D.轨道位置4.属于相对姿态传感器的是？A.陀螺B.星敏感器C.太阳敏感器D.地球敏感器5.磁力矩器效果最佳的轨道是？A.GEOB.LEOC.深空D.任意6.控制力矩陀螺（CMG）的优势是？A.力矩大B.无饱和C.不耗燃料D.精度极高7.对地定向俯仰角参考______系？A.地心惯性B.当地水平C.日心D.本体8.卡尔曼滤波“更新”依赖______？A.动力学模型B.传感器量测C.轨道参数D.燃料剩余9.属于被动控制力矩的是？A.喷气B.飞轮C.重力梯度D.磁力矩10.四元数分量数量是？A.3B.4C.5D.任意三、多项选择题（共10题，每题2分）1.姿态执行机构包括？A.动量轮B.磁力矩器C.喷气推力器D.太阳敏感器2.姿态表示方法有？A.欧拉角B.四元数C.方向余弦矩阵D.位置矢量3.姿态传感器包括？A.陀螺B.星敏感器C.太阳敏感器D.反应轮4.四元数的优点是？A.无奇异B.计算快C.存储小D.精度无限高5.对地定向坐标系有？A.轨道系B.当地水平系C.地心惯性系D.日心系6.姿态控制模式包括？A.对地定向B.对日定向C.惯性定向D.机动控制7.卡尔曼滤波核心步骤是？A.预测B.协方差更新C.量测更新D.积分8.飞轮饱和卸载方法有？A.磁力矩卸载B.喷气卸载C.太阳帆卸载D.重力梯度卸载9.姿态扰动力矩来源？A.重力梯度B.气动力矩C.太阳辐射D.轨道摄动10.主动姿态控制方式有？A.喷气B.飞轮C.磁力矩D.重力梯度四、判断题（共10题，每题2分）1.四元数有3个有效分量+1个约束分量。（）2.欧拉角奇异点出现在滚转角90°时。（）3.星敏感器精度可达角秒级。（）4.动量轮可提供持续力矩。（）5.磁力矩器深空效果好。（）6.卡尔曼滤波仅适用于线性系统。（）7.对地定向偏航角参考地心。（）8.反应轮力矩与角动量变化率成正比。（）9.太阳敏感器仅测方位角，不测高度角。（）10.姿态算法需结合运动学和动力学。（）五、简答题（共4题，每题5分）1.简述四元数的优点及应用场景。2.对比喷气控制与飞轮控制的优缺点。3.说明卡尔曼滤波在姿态估计中的原理。4.简述重力梯度力矩的产生及应用。六、讨论题（共2题，每题5分）1.如何解决飞轮角动量饱和问题？结合方法分析优缺点。2.设计星敏+陀螺的姿态估计方案，分析二者互补性。---答案部分一、填空题答案1.四元数2.磁力矩器3.绝对4.俯仰5.角动量6.当地水平（或轨道系）7.18.卡尔曼9.角动量10.太阳矢量方向二、单项选择题答案1.B2.C3.D4.A5.B6.A7.B8.B9.C10.B三、多项选择题答案1.ABC2.ABC3.ABC4.ABC5.AB6.ABCD7.ABC8.ABC9.ABC10.ABC四、判断题答案1.√2.×3.√4.√5.×6.×7.√8.√9.×10.√五、简答题答案1.四元数优点及应用：无姿态奇异（避免欧拉角90°俯仰奇异）、计算效率高（运算量仅为方向余弦矩阵1/4）、存储量小（4个浮点数）。典型应用：航天器大角度机动、高精度姿态估计（星敏/陀螺组合）、实时控制算法（卡尔曼滤波更新）。2.喷气与飞轮控制对比：喷气：优点（力矩大、响应快）；缺点（耗燃料、脉冲力矩易抖动）。飞轮：优点（无燃料、连续力矩）；缺点（力矩小、角动量饱和需卸载）。二者常结合（大机动用喷气，稳定用飞轮）。3.卡尔曼滤波姿态估计原理：分两步：①预测：基于运动学/动力学模型，预测当前姿态及误差协方差；②更新：结合星敏/陀螺量测，加权修正预测值，最小化估计误差。核心是“模型预测+量测修正”闭环，解决传感器噪声问题。4.重力梯度力矩产生及应用：地球引力梯度导致航天器不同部位引力差异，对质心形成力矩，使长轴指向地心。应用：被动姿态控制（重力梯度稳定），无需主动机构，适合长期低轨任务（如遥感卫星），但稳定精度低（角分级）。六、讨论题答案1.飞轮饱和卸载方法：常用方法：①磁力矩卸载（低轨适用，无燃料但力矩小）；②喷气卸载（力矩大、响应快但耗燃料）；③太阳帆卸载（深空适用，无地磁场但帆面积大）。实际结合磁力矩+喷气（低轨用磁力矩为主，饱和时喷气补充），平衡燃料与效率。2.星敏+陀螺姿态估计方案：方案