[發(fā)明專利]基于吸附過程的非合作目標(biāo)慣性特征參數(shù)的兩步辨識方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910244564.2
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN110081906B
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬衛(wèi)華;袁大鐘;楊若宸;徐晨;羅建軍;袁建平
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01C21/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開了一種基于吸附過程的非合作目標(biāo)慣性特征參數(shù)的兩步辨識方法，先利用微小衛(wèi)星攜帶的視覺相機提供視覺信息，建立空間非合作目標(biāo)的動力學(xué)模型，并結(jié)合視線測量變量，構(gòu)建視線信息和空間非合作目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型；再利用微小衛(wèi)星對空間非合作目標(biāo)進行碰撞，基于動量矩和動量守恒理論，在非接觸辨識的基礎(chǔ)上，進一步辨識得到目標(biāo)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量信息，獲得完整的目標(biāo)慣性參數(shù)，實現(xiàn)對空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)的辨識。本發(fā)明利用空間微小衛(wèi)星，通過非接觸結(jié)合接觸的兩步辨識方法，最終實現(xiàn)對空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)的辨識。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及慣性參數(shù)辨識領(lǐng)域，具體為一種空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)辨識算法。

背景技術(shù)

空間目標(biāo)辨識的典型策略可以大致分為兩種方式，基于視覺測量等方式的非接觸式辨識和基于主動激勵的接觸式辨識。非接觸式的參數(shù)辨識方法，主要是指視覺位姿測量技術(shù)，即利用獲取的特征點信息進行濾波估計，輸出目標(biāo)的姿態(tài)參數(shù)，慣性矩陣比以及目標(biāo)質(zhì)心位置。接觸式的辨識是將操作平臺和目標(biāo)構(gòu)建為組合體，或者將目標(biāo)當(dāng)作組合體，利用操作平臺的外部激勵或者空間目標(biāo)的自身激勵實施慣性特征參數(shù)辨識。根據(jù)辨識建模原理的不同，大致可以將這些方法分為兩類：基于力的辨識方法和基于動量的辨識方法。

基于力的方法絕大多數(shù)是以牛頓—歐拉方程為基礎(chǔ)，建立針對具體模型的動力學(xué)方程。為了便于估計未知的空間飛行器慣性參數(shù)，首先需要將牛頓—歐拉方程轉(zhuǎn)化線性回歸方程或狀態(tài)方程的形式，通過不同的星載執(zhí)行機構(gòu)如動量輪、陀螺、推力器以及機械臂等進行激勵，同時測量出對應(yīng)的空間飛行器運動學(xué)、動力學(xué)參數(shù)如速度/角速度、力/力矩、加速度/角加速度等，代入線性回歸方程或狀態(tài)方程，最后采用最小二乘法、加權(quán)最小二乘法、迭代最小二乘法、卡爾曼濾波等算法解出未知的空間飛行器慣性參數(shù)。

基于動量守恒的方法通過假定目標(biāo)處于動量守恒狀態(tài)，將動量守恒方程化為線性回歸的形式，通過動量輪或空間機械臂運動進行激勵，對目標(biāo)的速度/角速度進行測量，把測量數(shù)據(jù)代入線性回歸方程中求解出方程中唯一的未知量即目標(biāo)的慣性參數(shù)。但是接觸辨識需要消耗寶貴的不可再生的燃料，而且激勵能力有限。

僅僅依賴視覺的非接觸辨識方法，只能獲取目標(biāo)質(zhì)心，無法獲得完整的目標(biāo)轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量等信息；接觸式辨識中，基于作用力的算法需要消耗寶貴的燃料，而基于動量輪的方法又存在自由度有限以及容易達到飽和帶來的激勵能力有限等不足。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于吸附過程的非合作目標(biāo)慣性特征參數(shù)的兩步辨識方法，本發(fā)明利用空間微小衛(wèi)星，通過非接觸結(jié)合接觸的兩步辨識方法，最終實現(xiàn)對空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)的辨識。

為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案：

一種基于吸附過程的非合作目標(biāo)慣性特征參數(shù)的兩步辨識方法，包括以下步驟：

S100：利用微小衛(wèi)星攜帶的視覺相機提供視覺信息，建立和空間非合作目標(biāo)的相對動力學(xué)模型，并結(jié)合視線測量變量，構(gòu)建視線信息和空間非合作目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)的關(guān)聯(lián)模型，完成基于視線信息的非接觸辨識，獲取目標(biāo)轉(zhuǎn)動慣量比和質(zhì)心；

S200：利用微小衛(wèi)星對空間非合作目標(biāo)進行碰撞，基于動量矩和動量守恒理論，在非接觸辨識的基礎(chǔ)上，進一步辨識得到目標(biāo)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量信息，獲得完整的目標(biāo)慣性參數(shù)，實現(xiàn)對空間非合作目標(biāo)的慣性參數(shù)的辨識。

作為本發(fā)明的進一步改進，S100中，建立空間非合作目標(biāo)的相對動力學(xué)模型的具體步驟為：

微小衛(wèi)星對非合作目標(biāo)進行觀測時，觀測非合作目標(biāo)上的一個特征點，通過固定在特征點的本體坐標(biāo)系{C}相對于固定在微小衛(wèi)星上的慣性坐標(biāo)系{A}的方向以及位置的測量，得到觀測方程；定義測量矢量為z，則測量矢量的表達式為式(1)：