[發(fā)明專利]空間非合作目標(biāo)抓捕與操控及組合體控制試驗(yàn)裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210537856.7
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114721296B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬廣程;馬翌祥;夏紅偉;王常虹;李莉;李同順;朱文山
• 申請（專利權(quán)）人: 伸瑞科技（北京）有限公司;哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02
• 代理公司: 北京智燃律師事務(wù)所 11864
• 代理人: 柴琳琳

本發(fā)明涉及飛行器地面仿真領(lǐng)域，提供了一種空間非合作目標(biāo)抓捕與操控及組合體控制試驗(yàn)裝置與方法，該裝置包括仿真上位機(jī)、視覺定位系統(tǒng)、追蹤星模擬系統(tǒng)和目標(biāo)星模擬系統(tǒng)，其中：仿真上位機(jī)用于向追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)發(fā)送控制指令；視覺定位系統(tǒng)用于獲取追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)的位姿信息，并將信息反饋給追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)；追蹤星模擬系統(tǒng)用于接收仿真上位機(jī)的控制指令，抓捕目標(biāo)星模擬系統(tǒng)，并測算抓捕過程中的擾動特性。本專利申請搭建了空間非合作目標(biāo)抓捕、操控及組合體控制試驗(yàn)裝置，可以計(jì)算抓捕過程的擾動特性，實(shí)現(xiàn)組合體的控制，還可以發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計(jì)中的問題，對算法性能進(jìn)行分析、驗(yàn)證。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及飛行器地面仿真領(lǐng)域，尤其涉及一種空間非合作目標(biāo)抓捕與操控及組合體控制試驗(yàn)裝置與方法。

背景技術(shù)

隨著空間技術(shù)的快速發(fā)展，人類對太空資源的利用也不斷深化，空間軌道上的失效衛(wèi)星需要維修或移除，由于這些實(shí)際的在軌服務(wù)需求，對空間非合作目標(biāo)的抓捕和地面仿真驗(yàn)證的研究具有重要的實(shí)際意義。

以衛(wèi)星為代表的飛行器由于其特殊的運(yùn)行環(huán)境，通過樣機(jī)實(shí)際飛行試驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行控制的調(diào)試優(yōu)化成本高、周期長，甚至難以實(shí)現(xiàn)，因此必須開發(fā)相對容易實(shí)施的低成本高精度地面仿真系統(tǒng)來完成相關(guān)技術(shù)的測試、分析與驗(yàn)證。

張正元等發(fā)表的《基于視覺的衛(wèi)星運(yùn)動分析測量和目標(biāo)檢測研究》（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2019年6月）指出ROGER項(xiàng)目開發(fā)了基于多傳感器融合的目標(biāo)識別算法，以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)衛(wèi)星的運(yùn)動狀態(tài)預(yù)測，該項(xiàng)目致力于實(shí)現(xiàn)合作目標(biāo)的抓捕對接、非合作翻滾目標(biāo)智能抓捕和抓捕組合體的運(yùn)動規(guī)劃。但是，對于一般性的空間機(jī)器人抓捕任務(wù)而言，面對的對象為非合作目標(biāo)，這也意味著衛(wèi)星上沒用專門用于抓捕和對接的機(jī)械裝置和視覺靶標(biāo)，因此空間機(jī)器人在抓捕衛(wèi)星過程中必須具有更高的自主性和智能性。

肖洋洋等發(fā)表的《基于氣浮臺的航天器組合體運(yùn)動控制》（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2021年6月），解決了對捕獲之后組合體的單星控制問題，驗(yàn)證了常見的無模型和基于模型的控制方法在模型參數(shù)不確定、輸入受限和慢采樣情況下的仿真效果和實(shí)驗(yàn)效果。但是該方案也存在不足，其利用參數(shù)不確定性的模型分析不確定性，沒有進(jìn)行參數(shù)辨識，在實(shí)際系統(tǒng)中效果會變差。

陳超等發(fā)表的《高分七號衛(wèi)星高精度控制技術(shù)與驗(yàn)證》（中國空間科學(xué)技術(shù)，2020年10月25日）介紹了高分七號衛(wèi)星(GF-7)控制系統(tǒng)優(yōu)化，一方面通過研制甚高精度星敏感器和高平穩(wěn)度翼板驅(qū)動機(jī)構(gòu)(SADA)，提高部件性能指標(biāo)；另一方面采用在軌參數(shù)標(biāo)定、星地閉環(huán)補(bǔ)償?shù)瓤刂萍夹g(shù)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)性能。經(jīng)飛行驗(yàn)證表明，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了角秒級姿態(tài)測量精度。但該系統(tǒng)中星敏感器存在呈軌道周期性的低頻噪聲項(xiàng)，因而有待進(jìn)一步提升或改進(jìn)。

樊星星等發(fā)表的《空間繩系組合體地面模擬實(shí)驗(yàn)測量技術(shù)研究》（浙江大學(xué)，2018年1月）建立了空間繩系組合體系統(tǒng)在捕獲目標(biāo)后拖曳離軌過程中的動力學(xué)模型，針對組合體縱向振動問題進(jìn)行了地面防沖擊模擬實(shí)驗(yàn)，最后對空間繩系組合體拖曳離軌過程中面內(nèi)擺動抑制進(jìn)行了控制策略設(shè)計(jì)和仿真。但該方案給出的方法和系統(tǒng)的魯棒性和實(shí)時(shí)性不高，也亟需改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種空間非合作目標(biāo)抓捕與操控及組合體控制試驗(yàn)裝置與方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對空間非合作目標(biāo)的抓捕和操控的地面仿真驗(yàn)證，并具有較好的自主性、智能性、魯棒性和實(shí)時(shí)性。

本申請首先提供了一種空間非合作目標(biāo)抓捕與操控及組合體控制試驗(yàn)裝置，包括仿真上位機(jī)、視覺定位系統(tǒng)、追蹤星模擬系統(tǒng)和目標(biāo)星模擬系統(tǒng)，其中：仿真上位機(jī)用于向追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)發(fā)送控制指令；視覺定位系統(tǒng)用于獲取追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)的位姿信息，并將信息反饋給追蹤星模擬系統(tǒng)和/或目標(biāo)星模擬系統(tǒng)；追蹤星模擬系統(tǒng)用于接收仿真上位機(jī)的控制指令，抓捕目標(biāo)星模擬系統(tǒng)，并測算抓捕過程中的擾動特性。