[發(fā)明專利]面對地球靜止軌道目標操作的空間多機器人自主導航方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811170977.2
• 申請日: 2018-10-09
• 公開（公告）號: CN109269509A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設計）人: 王鵬
• 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: 饒欣

1.面對地球靜止軌道目標操作的空間多機器人自主導航方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：以GEO目標衛(wèi)星為在軌服務對象，將兩個空間機器人分別設為主星和子星，設計主星和子星編隊飛行構型及軌道參數(shù)；軌道參數(shù)包括軌道半長軸a、軌道偏心率e、軌道傾角i、升交點赤經(jīng)Ω、近地點幅角ω、過近地點時刻t_p；

S2：根據(jù)地心慣性坐標系下衛(wèi)星相對軌道動力學模型，建立自主導航系統(tǒng)狀態(tài)模型；

S3：根據(jù)步驟S1計算主星和子星相對距離，判斷子星是否滿足星敏感器觀測距離要求：如果滿足，則進入步驟S4；否則，進入步驟S12；

S4：根據(jù)步驟S1解算太陽、地球和子星三者的位置關系，判斷子星是否處在太陽光照區(qū)：如果是，則進入步驟S5；否則，進入步驟S12；

S5：根據(jù)步驟S1解算地球、主星和子星三者的位置關系，判斷地球否進入星敏感器視場：如果是，則進入步驟S6；否則，進入步驟S12；

S6：根據(jù)步驟S1計算子星可視星等，判斷子星可視星等是否小于星敏感器可觀測閾值：如果是，則進入步驟S7；否則，進入步驟S12；

S7：根據(jù)步驟S1計算主星相對子星方向矢量與星敏感器光軸指向夾角，判斷子星是否在星敏感器視場范圍內(nèi)：如果是，則進入步驟S8；否則，通過萬向軸調(diào)整星敏感器光軸指向，再次按照步驟S7判斷子星是否在星敏感器視場范圍內(nèi)，是則進入步驟S8，否則進入S12；

S8：根據(jù)步驟S7計算子星在星敏感器二維像面陣坐標，判斷子星是否在星敏感器二維像面陣內(nèi)：如果是，則進入步驟S9；否則，進入步驟S12；

S9：計算主星相對子星的理論方向矢量、方位角以及俯仰角；

S10：調(diào)整星敏感器真實光軸指向與理論方向矢量一致，對子星進行真實觀測，計算子星相對衛(wèi)星真實方向矢量，建立以單位方向矢量和距離為觀測量的觀測方程；

S11：對步驟S2所建立的狀態(tài)模型和步驟S10所建立的觀測方程離散化，利用Unscented卡爾曼濾波算法估計衛(wèi)星位置和速度；

S12：結束觀測。

2.根據(jù)權利要求1所述的面對地球靜止軌道目標操作的空間多機器人自主導航方法，其特征在于：所述步驟S2中，建立自主導航系統(tǒng)狀態(tài)模型的過程如下：

在地心慣性坐標系下，當主星位置距離大于子星與主星相對距離的時候，建立衛(wèi)星相對目標子星軌道動力學模型：

其中，δr⁽¹⁰⁾為主星相對子星方向矢量，δv⁽¹⁰⁾為主星相對子星速度矢量，為衛(wèi)星位置隨時間的一階導數(shù)，為衛(wèi)星速度隨時間的一階導數(shù)，r⁽⁰⁾為主星位置矢量，μ_e為地球引力常數(shù)，a_f為攝動加速度；

定義狀態(tài)變量x＝[(δr⁽¹⁰⁾)^T(δv⁽¹⁰⁾)^T]^T，建立自主導航系統(tǒng)狀態(tài)模型；

其中，f為系統(tǒng)非線性連續(xù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，w_t為狀態(tài)噪聲。

3.根據(jù)權利要求1所述的面對地球靜止軌道目標操作的空間多機器人自主導航方法，其特征在于：所述步驟S3中，判斷子星否滿足星敏感器觀測距離要求的過程如下：計算主星相對子星距離δr⁽¹⁰⁾，判斷δr⁽¹⁰⁾是否滿足式(3)所示的條件：

L_min≤δr⁽¹⁰⁾≤L_max (3)

其中，δr⁽¹⁰⁾＝|δr⁽¹⁰⁾|＝|r⁽¹⁾-r⁽⁰⁾|，r⁽⁰⁾為主星位置矢量，r⁽¹⁾為子星位置矢量，L_min星間觀測所需最小距離，L_max為星間觀測所需最大距離。