[發明專利]一種基于羽流擾動的相對導航目標慣性參數辨識方法

有效

• 申請號: 201810319209.2
• 申請日: 2018-04-11
• 公開（公告）號: CN108680198B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: 史紀鑫;王大軼;王黎珍;鄭世貴;葛東明;鄧潤然;鄒元杰
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;B64G1/64;B64G4/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

一種基于羽流擾動的相對導航目標慣性參數辨識方法，步驟如下：(1)對非合作目標的幾何外形進行三維重建；(2)基于重建后的幾何模型完成對非合作目標的相對位姿測量；(3)調整捕獲飛行器的位置和姿態，推力器啟動，施加羽流場；(4)計算得到目標所受羽流擾動力和力矩；(5)確定非合作目標慣性參數。本發明利用捕獲飛行器所配備的推力器產生的羽流場作用在非合作目標上，估計目標受到的力和力矩，從而辨識目標的慣性參數。

技術領域

本發明涉及一種基于羽流擾動的相對導航目標慣性參數辨識方法，應用于在軌運動目標近距離相對導航時目標的慣性參數提取。

背景技術

在軌相對導航目標可分為合作目標和非合作目標兩類。目前針對合作目標的狀態感知、測量和在軌操作相關技術已經非常成熟。對于失效衛星、空間碎片和小行星等為代表的空間非合作目標，其共同特征就是無特定標識、無應答裝置、無法執行動作配合，而且往往處于失效滾動狀態。對這類在軌非合作目標實施在軌捕獲前，必須對目標的外形、轉動速度、轉動軸、質量、慣量等動力學特征有初步的估計，以設計合理的捕獲控制參數，確保捕獲過程的穩定性。因此，在捕獲前完成非合作目標的動力學特性辨識是實施在軌服務的關鍵和前提，其中既包括非合作目標的外形輪廓、自旋軸方向，自旋角速度等運動參數；也包括目標的質量、慣量、質心位置等慣性參數。非合作目標的運動參數可以通過近距離感知測量手段獲得，但獲取準確可信的慣性參數比較困難。

辨識目標的慣性參數一般需要改變對象的運動狀態，對象運動狀態的改變可以基于環境擾動力和力矩，也可以基于人為施加一個力和力矩。利用環境力和力矩需要長時間對目標進行持續觀測，辨識周期較長；人為施加力和力矩可以在短時間內使目標運動狀態發生明顯改變，辨識周期較短。力矩的施加一般都是通過柔性機械臂等接觸方式實現，要求操作距離近，控制精度高，實施難度很大。操作過程容易產生碰撞，導致捕獲飛行器失穩。如果能在非接觸的情況下對目標施加一個可估計的力和力矩，將大幅提升辨識過程的安全性和可實施性。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于羽流擾動的相對導航目標慣性參數辨識方法，利用捕獲飛行器所配備的推力器產生的羽流場作用在非合作目標上，估計目標受到的力和力矩，從而辨識目標的慣性參數。

本發明的技術方案是：一種基于羽流擾動的相對導航目標慣性參數辨識方法，步驟如下：

(1)對非合作目標的幾何外形進行三維重建；

(2)基于重建后的幾何模型完成對非合作目標的相對位姿測量；

(3)調整捕獲飛行器的位置和姿態，推力器啟動，施加羽流場；

(4)計算得到目標所受羽流擾動力和力矩；

(5)確定非合作目標慣性參數。

所述步驟(1)中三維重建采用立體視覺方法、基于主動距離獲取方法、激光雷達掃描方法中的一種或多種手段相結合。

所述步驟(2)中相對位姿測量包括目標的自旋軸、自旋角速度。

所述步驟(4)中擾動力和力矩的具體計算方法為：

根據羽流場施加時兩個飛行器的運動狀態，計算得到目標所受羽流擾動力和力矩：

式中：

表示擾動力；P表示法向應力；表示單元表面法向單位向量；σ表示切向的應力；表示單元切向單位向量；A_e表示單元表面積；表示擾動力矩；O表示力矩輸出參考點；C表示單元中心點；和通過步驟二中獲得的目標的自旋軸、自旋角速度確定，A_e通過步驟一中獲得的目標的幾何外形確定；