[發明專利]一種衛星相對小行星視覺自主導航方法

有效

• 申請號: 201611138342.5
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106643741B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 王鵬;祝燕華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/24
• 分類號: G01C21/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳靜

1.一種衛星相對小行星視覺自主導航方法，其特征在于，步驟如下：

(1)以目標小行星為跟蹤觀測對象，根據小行星星歷，設計衛星理論飛行軌道參數；

(2)根據地心慣性坐標系下衛星相對目標小行星軌道動力學模型，建立自主導航系統狀態模型；過程如下：

在地心慣性坐標系下，當衛星位置距離大于小行星與衛星相對距離的時候，建立衛星相對目標小行星軌道動力學模型

其中，δr^(Ast0)和δv^(Ast0)為小行星相對衛星理論方向矢量，r⁽⁰⁾和r^(Ast)為衛星和小行星位置矢量，μ_e為地球引力常數，a_f為攝動力影響；

定義狀態變量x＝[(δr^(Ast0))^T(δv^(Ast0))^T]^T，建立自主導航系統狀態模型；

其中，f()為系統非線性連續狀態轉移函數，x_t為t時刻的狀態變量x，u_t為t時刻的輸入向量，w_t為t時刻的狀態噪聲；

(3)根據計算的衛星和小行星相對距離，判斷是否滿足星敏感器觀測距離要求，滿足則進入步驟(4)，否則進入步驟(12)；

(4)根據解算的太陽、地球和小行星三者位置關系，判斷小行星是否處在太陽光照區，是則進入步驟(5)，否則進入步驟(12)；

(5)根據解算的太陽、衛星和小行星三者位置關系，判斷地球是否進入星敏感器視場，是則進入步驟(6)，否則進入步驟(12)；

(6)根據計算的小行星可視星等，判斷小行星可視星等是否小于星敏感器可觀測閾值，是則進入步驟(7)，否則進入步驟(12)；

(7)根據計算的小行星相對衛星理論方向矢量與星敏感器光軸指向夾角，判斷小行星是否在星敏感器視場范圍內，是則進入步驟(8)，否則利用萬向軸調整星敏感器光軸指向后，繼續判斷小行星是否在星敏感器視場范圍內，是則進入步驟(8)，否則進入(12)；

(8)根據計算的小行星在星敏感器二維像面陣坐標，判斷小行星是否在星敏感器二維像面陣內，是則進入步驟(9)，否則進入步驟(12)；

(9)在滿足上述觀測條件基礎上，計算小行星相對衛星理論方向矢量和方位角與俯仰角；

(10)調整星敏感器真實光軸指向與理論方向矢量一致，對小行星進行真實觀測，建立以單位方向矢量和距離為觀測量的觀測方程，進入步驟(11)；

(11)對所建立的狀態模型和觀測方程離散化，利用Unscented卡爾曼濾波算法估計衛星位置和速度；

(12)計算結束。

2.根據權利要求1所述的衛星相對小行星視覺自主導航方法，其特征在于：所述步驟(1)中的設計衛星理論飛行軌道參數具體包括軌道半長軸a、軌道偏心率e、軌道傾角i、升交點赤經Ω、近地點幅角ω和過近地點時刻t_p。

3.根據權利要求1所述的衛星相對小行星視覺自主導航方法，其特征在于：所述步驟(3)中判斷小行星是否滿足星敏感器觀測特定距離要求過程如下：

計算衛星相對小行星距離δr^(Ast0)，判斷其是否滿足條件

L_min≤δr^(Ast0)≤L_max (3)

其中，δr^(Ast0)＝|δr^(Ast0)|＝|r^(Ast)-r⁽⁰⁾|，r⁽⁰⁾和r^(Ast)為衛星和小行星位置矢量；L_min和L_max為星間觀測所需最小距離和最大距離。