[发明专利]一种用于高轨卫星通用抓捕机构的相对位姿实时测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高轨卫星通用抓捕机构的相对位姿实时测量方法，属于航天器在轨维修维护技术领域。

背景技术

高轨卫星通用抓捕机构是卫星平台集成的针对高轨卫星发动机喷嘴的姿态失稳目标锥杆式抓捕机构。全局感知相对位姿实时测量装置利用激光测距仪在发动机喷嘴内部的测量结果，实时计算两卫星间相对位姿关系。随着我国高轨高价值卫星工作时间的增加，在轨故障率将持续上升，发展高价值卫星在轨维修技术，首先要研究在轨失稳目标抓捕技术。

由于抓捕机构传感器配合实时性很高的算法工作，使其无需依靠星上其他图像传感器进行复杂的图像处理运算获得目标相对位姿信息，与传统锥杆式抓捕机构相比，全局感知测量抓捕机构更具有主动性。其采用主动激光测量装置实时测量两卫星相对位姿，相对于国内外其他锥杆式抓捕机构采用机械直接接触抓捕的方式，由于采用非接触的相对测量，降低了抓捕机构与失稳卫星接触将其顶飞的概率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种用于高轨卫星通用抓捕机构的相对位姿实时测量方法，该方法实现了相对位姿测量的高实时、高精度和非接触式测量，最大限度的降低碰撞概率，大大减少了由抓捕失败造成的目标逃逸。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种用于高轨卫星通用抓捕机构的相对位姿实时测量方法，包括如下步骤：

步骤(一)、将n个激光测距仪安装在第一安装架上，将m个激光测距仪安装在第二安装架上，并将第一安装架安装在卫星抓捕机构的顶端，将第二安装架安装在卫星抓捕机构的底端，其中n个激光测距仪处在与卫星抓捕机构的轴线垂直的同一个平面上，m个激光测距仪处在与卫星抓捕机构的轴线垂直的同一个平面上，其中n、m均为正整数，且n≥3，m≥6；

步骤(二)、将卫星抓捕机构伸入目标卫星发动机喷嘴时，安装在卫星抓捕机构顶端的n个激光测距仪首先进入目标卫星发动机喷嘴，分别测量得到n个激光测距仪与卫星发动机喷嘴内壁的距离d_1i，i＝1,2…n；

步骤(三)、将所述n个距离值d_1i与设定的报警阈值进行对比，若n个距离值d_1i均大于报警阈值时，进入步骤(四)，否则，调整卫星抓捕机构与卫星发动机喷嘴的相对位置，避免发生碰撞；

步骤(四)、将安装在卫星抓捕机构底端的m个激光测距仪伸入卫星发动机喷嘴内部，分别测量得到m个激光测距仪与卫星发动机喷嘴内壁的距离d_2j，j＝1,2…m；

步骤(五)、将m个激光测距仪所在平面P的圆心作为坐标原点O(0,0)，所述平面P向外延伸后与卫星发动机喷嘴内壁相交得到椭圆截面P’，根据激光测距仪距离卫星抓捕机构中心轴线的距离D，和m个激光测距仪与卫星发动机喷嘴内壁的距离d_2j，j＝1,2…m，计算m个激光测距仪发出的激光与卫星发动机喷嘴内壁的交点坐标(x_j，y_j)，j＝1,2…m，具体公式如下：