[发明专利]一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法

说明书

本发明涉及一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，涉及航天领域的空间在轨服务技术下的失效卫星的形态参数测算技术。其原理为在所建立的基于对偶矢量四元数的相对运动学与动力学模型的基础上，根据测量输入设计自适应卡尔曼形态参数测算算法对所需要测算的失效卫星形态参数进行测算。所采用的自适应卡尔曼滤波器的观测量是用现有的观测技术获得的带有噪声的失效卫星姿态四元数以及相对距离的测量值。采用基于新息的自适应滤波测算算法能够处理在形态参数测算过程中出现的不确定性环境以及测量误差所带来的形态参数错误估计等问题，从而获得对失效卫星准确的形态参数测算。

技术领域

本发明涉及航天领域的空间在轨服务技术，属于涉及翻滚卫星的位姿、转动惯量与目标质心位置的测量领域，特别涉及一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法。

背景技术

随着航天科技的发展与各类航天任务的开展，越来越多的卫星被应用于各种任务中。由于使用年限，未知故障以及空间环境影响等各种内外因素影响，有一定数量的卫星已经或正在结束其服务。然而，由于这类太空资产价值昂贵且占据宝贵的太空轨道资源，仅仅由于一些故障而使其不得不终止服务或任由其占据空间位置将会对后续空间任务产生重大影响并且造成资源大幅浪费。因此，对这类失效的卫星进行在轨服务是当前急需完成的任务，对其进行抓捕前的非接触式形态参数测算是亟待解决的问题之一。

对失效卫星的形态参数进行自适应非接触式测算有着重要意义：其一，测算出的形态参数能够对失效卫星的状态进行评估；其二，利用已经获得的形态参数能够对下一步的抓捕提供重要参考。

对失效卫星而言，现有的参数测算技术大多是接触式的参数辨识技术，这类技术虽然具有一定的精度，然而由于需要服务航天器与目标接触而限制了其使用范围。同时，对失效卫星进行参数测算的应用中，极少有对失效卫星的形态参数一并测算的技术。大多数只是对其姿态或者位置进行分开测算，而忽略其质量特性参数的测算。这样会造成参数测算不完全，并且参数测算效率较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在非接触的情况对翻滚状态的失效卫星的形态参数进行一体化的测算，提供一种基于对偶矢量四元数的自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，从而获得对失效卫星准确的形态参数测算。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种自适应非接触式失效卫星的形态参数测算方法，包括以下步骤：

1)基于矢量对偶四元数，建立失效卫星相对于服务航天器的运动学与动力学模型；

2)对失效卫星的姿态与相对距离做出带噪声的测量；

3)在建立基于对偶矢量四元数相对运动学与动力学模型的基础上，以测得的含有噪声的卫星姿态四元数以及相对距离数据作为观测量，构建自适应卡尔曼滤波算法，实时地估计出系统的形态参数信息。

所述的形态参数信息包括：相对位置参数、相对姿态参数、失效卫星的转动惯量比值参数及失效卫星的质心参数。

所述的自适应卡尔曼滤波算法是基于扩展卡尔曼滤波器，并且采用新息信息作为自适应输入，针对不确定的空间环境以及测量误差对失效卫星的形态参数做出测算。

所述的自适应扩展卡尔曼滤波算法具体步骤为：

a、初始化；

b、对偶矢量四元数扩展卡尔曼滤波；

c、新息计算；

d、故障检测；

e、若有故障，自适应对偶矢量四元数扩展卡尔曼滤波；

若无故障，卡尔曼增益计算；

f、对偶矢量卡尔曼滤波更新

h、返回步骤b。