[發明專利]一種交會對接激光雷達合作目標的投影面積分析方法

有效

• 申請號: 202011394190.1
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112697075B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 顏坤;劉恩海;周向東;岳永堅;馮志輝;袁林晨;李偉雄
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B11/28
• 分類號: G01B11/28;G01S17/88
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明涉及一種交會對接激光雷達合作目標的投影面積分析方法，首先根據合作目標在空間站中的安裝關系得出合作目標在各對接面坐標系下的位姿，由對接面坐標系和空間站本體系的關系，得出合作目標在空間站本體系下的位姿。然后根據空間站的軌道數據可以得出空間站本體系與空間站軌道系的關系，將合作目標的位姿表示在空間站軌道系下。同理，根據激光雷達在飛船上的安裝關系可以得到激光雷達坐標系與飛船本體系的關系。最后，將空間站軌道系和飛船本體系通過J2000慣性系聯系起來，就可以根據繞飛軌跡獲得合作目標與激光雷達的相對位姿關系，最終可以分析繞飛過程中交會對接激光雷達合作目標的投影面積。本發明可以保障繞飛過程的順利對接。

技術領域

本發明涉及空間交會對接中所使用的相對測量敏感器激光雷達的合作目標投影面積分析方法，用于交會對接激光雷達的研制，還可推廣于其他交會對接航天器的交會激光雷達設計。

背景技術

飛船交會對接是空間技術的一個關鍵技術。相對測量敏感器激光雷達用于兩個航天器在太空中30公里到最終完成對接前的距離、速度、角度以及角速度等參數的測量。

在飛船繞飛空間站的過程中，各組合作目標在激光雷達視線方向的投影面積隨時在變化，由于激光雷達是通過合作目標的反射獲得回波，那么投影面積的多少直接決定回波能量的多少。這就意味著，在飛船的繞飛過程中，需要對各組目標的投影面積進行計算分析，以獲取最佳的跟蹤目標，并指導激光雷達的跟蹤切換策略，進而順利完成繞飛對接過程。從目前公開發表的文獻和專利來看，尚無與此相關的交會對接激光雷達合作目標的投影面積分析方法。

發明內容

有鑒于此，本發明的技術解決問題是：提供一種適用于飛船繞飛過程中交會對接激光雷達合作目標的投影面積分析方法。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種適用于飛船繞飛過程中交會對接激光雷達合作目標的投影面積分析方法，步驟如下：

步驟(1)：根據合作目標的安裝關系，獲取合作目標在空間站各對接口坐標系下的位姿；

步驟(2)：將步驟(1)中獲取的合作目標位姿轉換到空間站本體坐標系下，得到合作目標在空間站本體系下的位姿；

步驟(3)：根據空間站軌道數據，將步驟(2)中空間站本體系下的合作目標位姿轉換到空間站軌道系下，得到合作目標在空間站軌道系下的位姿；

步驟(4)：將步驟(3)中軌道系下的合作目標位姿轉到J2000慣性系下，得到合作目標在J2000慣性系下的位姿；

步驟(5)：將步驟(4)J2000慣性系下合作目標位姿轉換到飛船軌道系下，得到合作目標在飛船軌道系下的位姿；

步驟(6)：根據飛船的軌道數據，將步驟(5)中飛船軌道系下的位姿轉換到飛船本體系下，得到飛船本體系下合作目標的位姿；

步驟(7)：根據飛船對接面坐標系和飛船本體系的關系，將步驟(6)中飛船本體系下的合作目標位姿轉換到飛船對接面坐標系下，得到合作目標在飛船對接面系下的位姿；

步驟(8)：根據激光雷達在飛船對接面的安裝關系，將步驟(7)中合作目標在飛船對接面系下的位姿轉換到激光雷達坐標系下，得到合作目標在激光雷達系下的位姿；同理可得到激光雷達在合作目標坐標系下的位姿；

步驟(9)：根據步驟(8)中激光雷達與合作目標的相對位姿，以及繞飛軌跡，可以分析出各個合作目標在繞飛情況下的投影面積；

進一步地，步驟(9)中所述的面積分析方法具體為：飛船繞空間站飛行，在不同距離和角度下，在激光雷達的視線方向，合作目標的投影面積不一樣，那么根據步驟(8)中的相對位姿以及步驟(9)中的繞飛軌跡，可以計算得到任意繞飛角下各個對接面的合作目標的投影面積。