[發明專利]基于電磁感應力矩對未知失效翻滾目標角速度的估計方法

在審

• 申請號: 202211558502.7
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN115841033A
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 黃攀峰;劉習堯;董剛奇;廖騰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/16;G06F111/04;G06F111/10
• 代理公司: 西安維賽恩專利代理事務所(普通合伙) 61257
• 代理人: 張瑞琪;魏世平

本發明公開了基于電磁感應力矩對未知失效翻滾目標角速度的估計方法，由以下步驟組成：獲取未知失效翻滾目標的歷史數據，歷史數據包括角速度歷史數據和電磁感應力矩歷史數據，通過非線性變換對歷史數據進行升維得到升維數據，對升維數據進行動態模式分解得到系統矩陣、輸出矩陣、預測矩陣，根據系統矩陣、輸出矩陣、預測矩陣構建未知失效翻滾目標在電磁消旋過程中的線性預測器模型，以線性預測器模型為最優估計問題的約束條件，求解得到未知失效翻滾目標的角速度的實時精確估計值；本發明在近距離空間目標電磁消旋過程中，實時的以電磁消旋力矩數據對目標角速度的精確估計，解決了近距離消旋任務中目標角速度難以測量的問題。

技術領域

本發明屬于航空航天領域，尤其涉及基于電磁感應力矩對未知失效翻滾目標角速度的估計方法。

背景技術

空間碎片被視為未來太空任務的嚴重威脅。然而，空間碎片經常由于鈍化、碰撞、環境力矩等原因而出現翻滾運動。根據地面測量結果，地球同步軌道上報廢衛星角速度最大的是INTELSAT 4-F7(1973-058A)衛星，其角速度為139.1(°/s)；角速度最大的廢棄火箭體是BREEZE-M R/B(2015-075B)，其角速度為409.6(°/s)。高速甚至不規則的旋轉使得主動清除空間碎片成為一個復雜的問題。因此，使用電磁消旋技術(如申請號為201611039166.X、201810821276.4)對空間碎片進行降速處理是碎片移除前的必備動作。

在對目標進行電磁消旋時，目標的角速度的大小、方向對消旋效果影響很大。目標的角速度不僅決定著服務航天器對目標進行操控時的安全走廊，還會影響最優消旋位置和姿態。如果目標的角速度未知或者測量不準確，可能導致服務航天器與目標發生碰撞或無法取得期望的消旋效果。因此在進行電磁消旋時需要實時測量目標角速度,而在進行近距離消旋任務時，由于視場太小、無特征標識、目標翻滾運動等問題，相機等常規姿態測量手段難以準確測量。

發明內容

本發明的目的是提供基于電磁感應力矩對未知失效翻滾目標角速度的估計方法，可解決在近距離空間目標電磁消旋過程中，目標角速度難以準確測量的問題。

本發明采用以下技術方案：基于電磁感應力矩對未知失效翻滾目標角速度的估計方法，由以下步驟組成：

步驟S1：獲取未知失效翻滾目標的歷史數據，歷史數據包括角速度歷史數據和電磁感應力矩歷史數據，

步驟S2：通過非線性變換對歷史數據進行升維得到升維數據，

步驟S3：對升維數據進行動態模式分解得到系統矩陣、輸出矩陣、預測矩陣，

步驟S4：根據系統矩陣、輸出矩陣、預測矩陣構建未知失效翻滾目標在電磁消旋過程中的線性預測器模型，

步驟S5：以線性預測器模型為最優估計問題的約束條件，求解得到未知失效翻滾目標的角速度的實時精確估計值。

進一步地，步驟S4的線性預測器模型為：

z(k+1)＝Az(k)

T_b(k)＝Cz(k)

式中，z(k)為k時刻預測器模型的狀態變量，z(k+1)為k+1時刻預測器模型的狀態變量，為k時刻預測器產生的目標角速度，T_b(k)表示k時刻的電磁感應力矩，A為系統矩陣，C為輸出矩陣，C_x為預測矩陣。

進一步地，步驟S5中k時刻的線性預測滾動時域最優估計問題P_k的目標函數為：