一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法
2023-06-16 21:44:06 1
一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法
【專利摘要】本發明涉及一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法，以太空飛行器相對軌道運動方程為導航狀態方程，以星載CCD（Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件）相機測量的相對視線角信息和GNSS（Global?Navigation?Satellite?System，全球導航衛星系統）接收機輸出的絕對定位信息以及幾何約束構造的相對距離ρ信息作為量測量，採用UKF（Unscented?kalman?filter，無味卡爾曼濾波器）濾波算法精確估計出服務星與非合作目標之間的相對位置和相對速度。本發明適用於對空間非合作目標中遠程自主交會的相對導航。有益效果：能夠在服務星不進行特殊軌道機動，也不增加服務星數量的情況下，僅依靠單顆服務星的星載相對測量設備CCD相機和絕對定位設備GNSS接收機，就能實現服務星對空間非合作目標中遠程自主交會的高精度相對導航。
【專利說明】一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法，屬於空間自主相對導航領域。
【背景技術】
[0002]近二十年來，針對地球軌道資源日趨緊張、故障衛星在軌修復以及軌道碎片清理等問題，各國積極展開了利用空間機器人(在軌服務太空飛行器或服務星)對故障衛星、軌道碎片等空間非合作目標進行監視、接近、捕獲以及延壽或離軌等在軌服務技術研究。相對導航是在軌太空飛行器服務的關鍵技術，CCD相機因其為無源測量，並且具有測量範圍廣、精度高，設備體積小、質量輕、功耗低等優點，是未來對空間非合作目標進行在軌服務的理想相對導航敏感器。但是在中遠距離交會時，由於目標非合作(無通信、無合作標誌器等)，CCD相機能夠獲得的測量信息不完備，只有相對視線角信息，沒有直接的相對距離信息，這就導致僅用CCD相機進行相對測量的相對導航系統可觀測性差，相對導航實現難度大。目前國內外解決該問題實現高精度相對導航的途徑都是通過間接地估計出相對距離信息輔助相對導航，具體主要有兩大類方案:
[0003]1、軌道機動方案，見文獻:Li J.R., Li H.Y, Tang G.J., Research on thestrategy of angles-only relative navigation for autonomous rendezvous [J].SCIENCE CHINA Technological Sciences, 2011, 54(7):1865-1872.以及文獻:WoffindenD.C.,Geller D.Κ., Optimal Orbital Rendezvous Maneuvering for Angles-OnlyNavigation[J].Journal of Guidance control and Dynamics，2009，32 (4)，1382-1387。
[0004]2、雙星編隊方案，見文獻:蘇建敏，董雲峰.非合作機動目標天基測角定軌研究[J].航天控制，2011，29(3):36-42 ;以及文獻:陳統，徐世傑，賈英宏.應用雙視線矢量測量的非合作目標太空飛行器相對導航制導方法:中國，101423121A[P].2009.5.6。以及文獻:劉光明，廖瑛等.基於雙星編隊的空間非合作目標聯合定軌方法[J].宇航學報，2010，31 (9):2095-2100。
[0005]參見圖1、圖2。對於軌道機動方案，其實質是通過服務星進行特殊軌道機動來構造相對距離信息，該方案在實際中可能會對服務星的安全性和燃料消耗產生重要影響。對於雙星編隊方案，其實質是通過雙星的測量基線來構造相對距離信息，該方案需要兩顆衛星或者需要服務星需要具備釋放伴飛小衛星並且協同測量的能力，這在實際中不易實現且代價較大，而雙星觀測矢量夾角越小估計精度越低，且兩觀測矢量平行時相對距離估計失效。目前的對空間非合作目標僅測角導航方法中，需要通過多個衛星平臺協同測量或者單個衛星平臺通過特殊軌道機動，來提高系統可觀測性和解決某些情況下可觀測性差不能完成相對導航的問題。
【發明內容】
[0006]要解決的技術問題[0007]為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法。
[0008]技術方案
[0009]一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法，其特徵在於步驟如下:
[0010]步驟1:由服務星星載C⑶相機跟蹤觀測空間非合作目標，獲得相對視線仰角ε和相對視線方位角Θ ;
[0011]步驟2:由服務星星載GNSS接收機對服務星進行絕對定位獲取慣性系下的位置信息，然後由該絕對位置進行幾何遞推獲得相對距離，遞推公式為:
【權利要求】
1.一種對空間非合作目標自主交會的相對導航方法，其特徵在於步驟如下: 步驟1:由服務星星載CCD相機跟蹤觀測空間非合作目標，獲得相對視線仰角ε和相對視線方位角Θ ; 步驟2:由服務星星載GNSS接收機對服務星進行絕對定位獲取慣性系下的位置信息，然後由該絕對位置進行幾何遞推獲得相對距離，遞推公式為:
【文檔編號】G01C21/24GK103438888SQ201310314550
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月24日 優先權日:2013年7月24日
【發明者】羅建軍, 龔柏春, 袁建平, 朱戰霞, 馬衛華, 姚瑋 申請人:西北工業大學