[发明专利]一种基于羽流扰动的相对导航目标惯性参数辨识方法

说明书

一种基于羽流扰动的相对导航目标惯性参数辨识方法，步骤如下：(1)对非合作目标的几何外形进行三维重建；(2)基于重建后的几何模型完成对非合作目标的相对位姿测量；(3)调整捕获飞行器的位置和姿态，推力器启动，施加羽流场；(4)计算得到目标所受羽流扰动力和力矩；(5)确定非合作目标惯性参数。本发明利用捕获飞行器所配备的推力器产生的羽流场作用在非合作目标上，估计目标受到的力和力矩，从而辨识目标的惯性参数。

技术领域

本发明涉及一种基于羽流扰动的相对导航目标惯性参数辨识方法，应用于在轨运动目标近距离相对导航时目标的惯性参数提取。

背景技术

在轨相对导航目标可分为合作目标和非合作目标两类。目前针对合作目标的状态感知、测量和在轨操作相关技术已经非常成熟。对于失效卫星、空间碎片和小行星等为代表的空间非合作目标，其共同特征就是无特定标识、无应答装置、无法执行动作配合，而且往往处于失效滚动状态。对这类在轨非合作目标实施在轨捕获前，必须对目标的外形、转动速度、转动轴、质量、惯量等动力学特征有初步的估计，以设计合理的捕获控制参数，确保捕获过程的稳定性。因此，在捕获前完成非合作目标的动力学特性辨识是实施在轨服务的关键和前提，其中既包括非合作目标的外形轮廓、自旋轴方向，自旋角速度等运动参数；也包括目标的质量、惯量、质心位置等惯性参数。非合作目标的运动参数可以通过近距离感知测量手段获得，但获取准确可信的惯性参数比较困难。

辨识目标的惯性参数一般需要改变对象的运动状态，对象运动状态的改变可以基于环境扰动力和力矩，也可以基于人为施加一个力和力矩。利用环境力和力矩需要长时间对目标进行持续观测，辨识周期较长；人为施加力和力矩可以在短时间内使目标运动状态发生明显改变，辨识周期较短。力矩的施加一般都是通过柔性机械臂等接触方式实现，要求操作距离近，控制精度高，实施难度很大。操作过程容易产生碰撞，导致捕获飞行器失稳。如果能在非接触的情况下对目标施加一个可估计的力和力矩，将大幅提升辨识过程的安全性和可实施性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于羽流扰动的相对导航目标惯性参数辨识方法，利用捕获飞行器所配备的推力器产生的羽流场作用在非合作目标上，估计目标受到的力和力矩，从而辨识目标的惯性参数。

本发明的技术方案是：一种基于羽流扰动的相对导航目标惯性参数辨识方法，步骤如下：

(1)对非合作目标的几何外形进行三维重建；

(2)基于重建后的几何模型完成对非合作目标的相对位姿测量；

(3)调整捕获飞行器的位置和姿态，推力器启动，施加羽流场；

(4)计算得到目标所受羽流扰动力和力矩；

(5)确定非合作目标惯性参数。

所述步骤(1)中三维重建采用立体视觉方法、基于主动距离获取方法、激光雷达扫描方法中的一种或多种手段相结合。

所述步骤(2)中相对位姿测量包括目标的自旋轴、自旋角速度。

所述步骤(4)中扰动力和力矩的具体计算方法为：

根据羽流场施加时两个飞行器的运动状态，计算得到目标所受羽流扰动力和力矩：

式中：

表示扰动力；P表示法向应力；表示单元表面法向单位向量；σ表示切向的应力；表示单元切向单位向量；A_e表示单元表面积；表示扰动力矩；O表示力矩输出参考点；C表示单元中心点；和通过步骤二中获得的目标的自旋轴、自旋角速度确定，A_e通过步骤一中获得的目标的几何外形确定；