[發明專利]一種編隊飛行衛星間光學測距方法及計算機設備

有效

• 申請號: 202110796978.3
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113720298B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 徐明;和星吉;鄭亞茹;何艷超;楊志;于靈慧;白雪
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 茹阿昌

本申請公開了一種編隊飛行衛星間光學測距方法及計算機設備，方法包括：設置基本參數，包括地球引力系數、主星運行的軌道半徑、位于主星的攝像頭臨界半視場角、主星攝像頭的成像距離以及從星上的標注物體的第一長度；根據星間通信計算初始時刻從星相對于主星的初始位置，根據CW方程以及初始位置計算任意時刻從星相對于主星的第一位置；測量從星上的標注物體在主星上成像面所成像的第二長度，根據所述第二長度、所述第一位置、所述成像距離以及所述第一長度確定從星和主星之間的相對距離。本申請解決了現有技術中加重衛星的負擔以及衛星的研制成本的技術問題。

技術領域

本申請涉及衛星技術領域，尤其涉及一種編隊飛行衛星間光學測距方法及計算機設備。

背景技術

衛星編隊飛行通常是指多顆衛星在圍繞地球運動的同時，彼此之間形成特定的構型，在運行過程中各衛星間始終保持一定的距離，緊密聯系，通過星間通信互相協調工作，形成一個整體。隨著小衛星、微小衛星等的蓬勃發展、一箭多星技術的成熟利用、商業航天公司的興起，衛星的研制、發射和部署成本進一步降低，使得使用多顆低成本小衛星編隊形成“虛擬衛星”完成復雜空間任務成為一種趨勢，也令衛星編隊飛行成為航天領域的研究熱點之一。其中，準確測量或者估算各編隊衛星間的相對距離是衛星編隊維持特定任務構型、防止衛星間發生不安全事件的一項關鍵技術。

目前，對于衛星編隊中衛星星間測距通常使用雷達測距、激光測距、地面測控或星間信息交換等方法；其中，使用雷達或激光測距時，衛星需要衛星攜帶專用的儀器設備來進行衛星星間測距；而使用地面測控或星間信息交換進行測距時，需要建立衛星與衛星或衛星與地面之間的實時通信，這樣往往會增多衛星攜帶的儀器設備，浪費衛星載荷空間、增大星載計算機的通信和計算要求、造成大量的熱控和電源負擔，同時也增加了衛星的研制成本，部分小衛星、微小衛星甚至無法承受如此眾多的儀器設備。

發明內容

本申請解決的技術問題是：針對現有技術中加重衛星的負擔以及衛星的研制成本問題，本申請提供了一種編隊飛行衛星間光學測距方法及計算機設備，本申請實施例所提供的方案中，在從星上標注物體，通過用衛星上搭載的監測相機等光學相機對標注物體進行成像，然后采用簡單的光學成像原理即可進行測距，不需要搭載專用相機或其他專用測距設備，減少了衛星設備需求，節約了衛星載荷空間和質量，減少了衛星熱控和電源負擔；另外采用CW方程進行相機定向，計算量小，對計算能力要求低，可直接在星載計算機上完成計算；只有在需要計算和更新初始位置時才建立星間通訊，減少了主從星間的數據通訊需求。

第一方面，本申請實施例提供一種編隊飛行衛星間光學測距方法，該方法包括：

設置基本參數，其中，所述基本參數包括地球引力系數、主星運行的軌道半徑、位于主星的攝像頭臨界半視場角、主星攝像頭的成像距離以及從星上的標注物體的第一長度；

根據星間通信計算初始時刻從星相對于主星的初始位置，根據CW方程以及初始位置計算任意時刻從星相對于主星的第一位置；

測量從星上的標注物體在主星上成像面所成像的第二長度，根據所述第二長度、所述第一位置、所述成像距離以及所述第一長度確定從星和主星之間的相對距離。

可選地，根據星間通信計算初始時刻從星相對于主星的初始位置，包括：

構建第一坐標系，其中，所述第一坐標系是指主星軌道坐標系，主星軌道坐標系用于描述從星相對于主星運動的坐標系；

在所述第一坐標系下，根據星間通信計算初始時刻從星相對于主星的初始位置。

可選地，構建第一坐標系，包括：

將主星質心作為第一坐標系的原點，將第一坐標系中xy平面與主星所對應的軌道平面重合；

設置第一坐標系中x軸方向為沿地球質心指向主星質心方向；z軸垂直xy平面，其方向與軌道動力量矩方向一致；根據右手法則確定y軸。