[发明专利]一种快速圆绕飞监测的相对位置和姿态解算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种快速圆绕飞监测方法，尤其涉及一种快速圆绕飞监测的相对位置和姿态解算方法。

背景技术

空间操控技术是目前航天技术领域研究的热点。航天器的快速圆绕飞监测技术是一项重要的空间操控技术。它在空间目标的在轨检查与监视、识别与侦查等空间操控活动中具有重要作用。目前，在解决航天器的圆绕飞问题时，通常依赖Hill方程描述的相对轨道动力学模型来解算相对运动的轨道初始条件，使其满足圆构型约束，进而实现对目标的圆绕飞。这种方法解决的圆绕飞运动的周期为目标航天器轨道周期，无法解决在目标航天器一个轨道周期内实现多次环绕飞行的快速圆绕飞问题。同时，目前在研究航天器绕飞运动时，通常不考虑其姿态指向或者将相对位置和姿态分开考虑。而航天器相对目标的快速圆绕飞监测是位置和姿态相互耦合的空间操控过程。其相对位置和姿态解算是航天器实现快速圆绕飞监测的前提条件。因此，快速圆绕飞监测的相对位置和姿态解算成为重要的研究内容。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速圆绕飞监测的相对位置和姿态解算方法，简化了空间任意方位的快速圆绕飞监测的复杂运动的分析与设计。

为了实现上述目的，本发明提供了一种快速圆绕飞监测的相对位置和姿态解算方法，包括以下步骤:

S1：设置绕飞中心和绕飞半径，得出绕飞中心与目标航天器质心的距离；

S2：设置绕飞方位，并以与绕飞中心和目标航天器质心连线垂直且过绕飞中心的平面作为绕飞平面；将绕飞平面的单位法向量与相对轨道坐标系中z轴的夹角和绕飞平面的单位法向量在相对轨道坐标系中xy平面的投影与y轴的夹角作为绕飞面的方位角参数；

S3：定义绕飞参考坐标系以及期望姿态坐标系，计算绕飞参考坐标系和期望姿态坐标系之间的坐标转换矩阵,将快速圆绕飞监测运动转化为绕飞参考坐标系内平行于xy平面的运动和绕期望姿态坐标系y轴的姿态跟踪运动；

S4：快速圆绕飞监测的相对位置解算，设计绕飞航天器在绕飞参考坐标系内的快速圆绕飞轨迹，并根据所述坐标转换矩阵将所述快速绕飞轨迹投影到相对轨道坐标系内,得出绕飞监测运动中的相对位置解算；

S5：快速圆绕飞监测的姿态解算，通过计算期望姿态坐标系相对惯性坐标系的姿态角速度，得出绕飞监测运动中的姿态运动规律。

较佳地，在所述绕飞参考坐标系中，原点位于目标质心，z轴与绕飞平面的单位法向量方向一致，相对轨道系中x轴和y轴以绕飞面的方位角参数作为旋转角经过两次主轴旋转得到x轴和y轴。

较佳地，在所述期望姿态坐标系中，原点位于绕飞航天器质心，x轴沿绕飞航天器质心与目标航天器质心连线指向目标，z轴在与x轴垂直的平面上，且与绕飞反向，y轴与x轴、z轴形成右手坐标系。

较佳地，所述绕飞中心为所述目标航天器质心或目标航天器周围某一虚拟位置。

较佳地，在S4中进一步包括：

S41：在绕飞参考坐标系内规划绕飞航天器快速圆绕飞轨迹为l_r＝[r₀cosθ r₀sinθl₀]，其中θ为绕飞航天器位置矢量l_r的参变量，l₀为绕飞中心与目标航天器质心的距离，r₀为圆绕飞半径；

S42：由飞行任务所需绕飞周期T,设计绕飞航天器位置矢量l_r的参变量θ运动规律为θ=2πTt+θ0;]]>