[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

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，目標釋放機構從星上數據總線上接收指令，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；雙目相機對其進行立體成像，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；由數據處理模塊實時進行自主相對導航解算，將解算對應的星時以及解算結果通過數傳系統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進行驗證。

技術領域

本發明涉及一種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，可應用于航天器在軌服務與維護、空間碎片清理等復雜航天任務，為解決空間星載目標的自主相對導航問題構建了一種星上在軌驗證，提供了一種星上在軌驗證的技術。

背景技術

隨著人類探索宇宙空間的不斷深入，對航天技術提出了更高的要求。諸如航天器在軌服務與維護、空間碎片清除等問題已成為航天技術發展亟需面對和解決的技術難題。

合作目標通常帶有輔助標識和應答裝置，可以通過指令進行動作配合。這類合作目標的狀態感知、測量相關技術已經非常成熟，并在我國載人航天工程交會對接中得到了成功應用。對于失效衛星、敵方衛星、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。因此，確定這類非合作目標的位置，即相對導航，是對其開展在軌服務的前提。

近年來多家研究院所與高校均開展了對非合作目標的相對導航方法研究，這些研究方法主要有兩種，一是基于地面通過已知的軌道參數和星上測量參數等條件，結合相對運動動力學方程設計相對導航濾波器從而獲得相對導航信息。二是航天器自身利用測距、測角等觀測信息進行在軌計算和處理，得到對目標的相對位置和相對速度等相對導航參數，進而解決非合作目標的相對導航的問題。

非合作目標的相對導航技術是航天器在軌服務與維護、空間碎片清理等復雜航天任務的核心技術，其算法的在軌實現與驗證是一項涉及星上多個分系統的新技術，需根據需求全新設計。如何通過有效的在軌驗證推動非合作目標相對導航算法工程應用成為一個新課題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：解決空間非合作目標器的自主相對導航星上在軌驗證技術難題，在星上全面而有效地驗證非合作目標的自主相對導航算法。

本發明的技術解決方案是：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，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；上述各組成部分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進行驗證。