[發明專利]基于圖像的空間非合作目標自主導航在軌驗證系統

有效

• 申請號: 201810384006.1
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108519110B
• 公開（公告）日: 2019-05-24
• 發明（設計）人: 王大軼;黃美麗;張磊;鄒元杰;史文華;史紀鑫;周靜;趙峭;劉德成
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

1.基于圖像信息的空間非合作目標自主相對導航在軌驗證系統，其特征在于：包括與星上數據總線通信的雙目相機、目標釋放機構、數據存儲模塊、數據處理模塊；所述雙目相機、目標釋放機構、數據存儲模塊、數據處理模塊與地面數據接收系統之間通過數傳系統進行通信；

目標釋放機構從星上數據總線上接收指令，以滿足在軌驗證的速度釋放星載目標，使釋放后的星載目標具備空間非合作目標特征，并且進入雙目相機的測量范圍內；

雙目相機從星上數據總線接收開機指令以及星時、衛星軌道、衛星姿態角、雙目相機安裝方位角與俯仰角信息，對進入測量范圍內的星載非合作目標進行立體成像，并將星時、衛星軌道、衛星姿態角、雙目相機安裝方位角與俯仰角信息、圖像測量信息傳輸至數據存儲模塊；

數據存儲模塊對接收的數據進行記錄存儲并傳輸至數據處理模塊；

數據處理模塊根據接收的數據實時進行自主相對導航解算，解算出非合作目標的相對軌道、觀測殘差，將解算對應的星時以及解算結果傳輸至數傳系統；

數傳系統將數據存儲模塊接收的數據以及數據處理模塊傳輸的數據發送至地面數據接收系統；

地面數據接收系統對接收的數據進行存儲，并進行相對導航解算，解算出非合作目標的相對軌道、觀測殘差，并利用該解算結果與數傳系統下傳的解算結果進行比對，以對星上自主相對導航結果進行驗證。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于：使釋放后的星載目標具備空間非合作目標特征通過滿足如下安裝位置：星載目標的安裝方向偏置Δα_T、雙目相機的安裝偏角Δβ即雙目相機安裝俯仰角以及通過目標釋放機構保證星載目標的分離初始速度Δv來實現：

(1)、以觀測衛星質心為坐標原點O，地心指向觀測衛星質心方向為X軸正方向，觀測衛星飛行軌道的法向為Z軸正方向，按照與X軸、Z軸滿足右手定則的原則確定Y軸，建立觀測衛星質心軌道坐標系；

(2)、確定星載目標的初始安裝位置，使其分離速度方向在觀測衛星質心軌道坐標系下的YOZ平面內，定義星載目標的安裝方向偏置Δα_T為星載目標分離速度方向與觀測衛星飛行軌道的法向之間的夾角；確定雙目相機的初始安裝位置，使其視軸方向在XOZ平面內，定義雙目相機安裝偏角Δβ為雙目相機視軸方向與觀測衛星飛行軌道的法向之間的夾角；

(3)、建立分離后的星載目標在觀測衛星質心軌道坐標系下的相對運動模型；

(4)、根據星載目標在觀測衛星質心軌道坐標系下的相對運動模型，模擬分離過程，得到最長觀測時間J_max與安裝分離參數的對應關系；

(5)、以最長觀測時間J_max為優化目標函數，以所述安裝分離參數為設計參數，下述條件為約束函數，根據最長觀測時間J_max與安裝分離參數的對應關系，采用遺傳算法計算最長觀測時間J_max對應的安裝分離參數；所述約束函數為：

Δv≥Δv_min

0≤Δα_T≤θ₁/2

其中，Δv_min為觀測衛星分離機構所能提供的最小分離速度，θ₁為雙目相機長邊方向視場寬度角，θ₂為雙目相機短邊方向視場寬度角，θ_E為地球對雙目相機的半張角。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于所述星載目標在觀測衛星質心軌道坐標系下的相對運動模型為：

其中，t為星載目標分離后的飛行時間，x₀、y₀和z₀為星載目標在觀測衛星質心軌道坐標系的初始位置，和為星載目標在觀測衛星質心軌道坐標系下的初始運動速度，n為觀測衛星的軌道角速度。