[發明專利]一種利用有限次視線測量對非合作目標進行相對定軌的方法

有效

• 申請號: 202210114570.8
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114435630B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 馬衛華;施俊杰;羅建軍;袁建平;魏爽
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 西安凱多思知識產權代理事務所(普通合伙) 61290
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種利用有限次視線測量對非合作目標進行相對定軌的方法，屬于航天器導航制導與控制技術。首先重新建立交會運動描述基準。利用非合作目標含有誤差的初值絕對軌道信息，建立虛擬坐標系；接著，在虛擬坐標系中，重新建立描述交會的相對運動模型和相對測量關系模型，即重新建立追蹤飛行器和非合作目標之間的相對運動模型、重新建立相機測量的非合作目標的視線指向信息，其中，相對運動模型可以用于計算追蹤飛行器和非合作目標之間相對位置和相對速度關系。最后，結合相對運動模型和視線信息，建立非合作目標相對軌道信息與關鍵若干次視線量測信息的關聯方程，直接計算目標相對軌道信息，完成目標相對定軌計算。

技術領域

本發明涉及航天器導航制導與控制技術、航天器軌道動力學技術，具體涉及一種利用有限次視線測量對非合作目標進行相對定軌的方法。

背景技術

通過相對定軌準確獲取目標的相對運動狀態是實施空間飛行器交會的重要前提，但非合作目標的自身特性卻導致難以準確這些信息。非合作目標指的是運動狀態未知或非準確獲知的、機動不配合的、目標特性未知的、與主動的追蹤航天器之間沒有信息溝通的航天器。由于非合作目標的這些特點，非合作目標的交會對接任務無法采用常規的合作目標交會對接導航方法準確確定非合作目標的相對軌跡及其運動狀態。此外，非合作目標交會任務初期，追蹤航天器與目標之間的相對距離往往較遠(大概十幾km到近一百km)，超出常規測距傳感器工作范圍，導致后續交會階段追蹤航天器難以直接測量相對距離信息，僅能利用安裝在追蹤飛行器上的相機等光學傳感器獲取相對視線信息，因此無法直接計算兩者相對運動信息。

因此，在非合作目標交會任務中，往往采用僅測角的導航方法，完成非合作目標相對定軌，具體包括基于測量相機偏置的僅測角導航方法、基于追蹤器軌道機動的僅測角導航方法等等。然而，基于測量相機偏置的僅測角導航方法僅適用于近距離交會任務，在遠距離交會任務中將因失去可觀測性而無法適用；基于追蹤器軌道機動的僅測角方法需要使用濾波計算，計算量較大，對星載計算機的算力要求較高，且需要相機進行持續測量，軌道機動期間也要保持對目標持續跟蹤，這樣會引起測量時間長、跟蹤測量難，必須提升傳感器的跟蹤測量與持續測量能力，導致實際使用難度很大。

鑒于此，需要尋求一種適用距離遠、計算量小、精度好、測量難度低的一種新的非合作目標相對定軌方法。

發明內容

要解決的技術問題

針對非合作目標交會的相對定軌問題，提出了一種利用有限次(最少3次)視線測量就能夠對非合作目標進行定軌的方法，避免了定軌過程中需要連續開機測量視線的問題，同時能夠在遠距離交會下也能夠適用，還能夠降低導航定軌的計算量。

技術方案

本發明充分利用了常規相對定軌中含有未知誤差的非合作目標初始絕對軌道(含有絕對位置、絕對速度)測量數據，基于該絕對軌道信息構建相對運動基準，在此基準上重新描述非合作目標交會過程和視線測量信息，并建立非合作目標相對運動狀態，構建該相對運動狀態與視線測量的關聯模型，實現利用有限次視線信息對非合作目標相對運動的直接求解，從而完成追蹤飛行器和非合作目標之間的相對定軌。

以下是發明的主體內容：

首先重新建立交會運動描述基準。利用非合作目標含有誤差的初值絕對軌道(含有絕對位置、絕對速度)信息，建立描述追蹤飛行器面向非合作目標交會過程的新的坐標系——虛擬坐標系；

接著，在新基準坐標系中，重新建立描述交會的相對運動模型和相對測量關系模型，即重新建立追蹤飛行器和非合作目標之間的相對運動模型、重新建立相機(安裝在追蹤飛行器上)測量的非合作目標的視線指向信息，其中，相對運動模型可以用于計算追蹤飛行器和非合作目標之間相對位置和相對速度關系。

最后，結合相對運動模型和視線信息，建立非合作目標相對軌道信息與關鍵若干次視線量測信息的關聯方程，直接計算目標相對軌道信息，完成目標相對定軌計算。

詳細步驟如下：