[发明专利]基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法

权利要求书

1.一种基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，包括以下步骤：

a.光学测角相机测量得到目标在光学测角相机坐标系下的方位信息，根据相机安装矩阵、飞行器姿态得到目标视线方向在惯性系下的矢量；

b.根据太阳敏感器测量得到的飞行器本体系下的太阳矢量以及飞行器姿态，得到惯性系下的太阳矢量；

c.根据惯性系下的目标视线方向和太阳矢量方向结合姿态运动学方程计算指向空间非合作目标的姿态指令、角速度指令和角加速度指令，以及太阳帆板转角指令，使得飞行器指向目标的同时太阳落在XOZ面内，且帆板法线指向太阳；

d.计算飞行器当前姿态与姿态指令的偏差、实际角速度与期望角速度的偏差；

e.选取控制律参数，计算控制力矩指令。

2.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述a步骤中，目标视线方向在相机坐标系下的单位矢量ρ₀，ρ₀＝[sinβcosα sinβsinα cosβ]^T，其中，α为光学测角相机测量得到目标在相机坐标系下的方位角，β为光学测角相机测量得到目标在相机坐标系下的俯仰角；

姿态敏感器测量得到飞行器本体系相对于地球惯性系的姿态四元数Q_b＝[q_b1 q_b2 q_b3q_b4]^T，则飞行器的本体系相对于惯性系的转换矩阵M_bi为：

目标视线方向在惯性系下的单位矢量ρ为：其中M_camera为光学测角相机在飞行器本体系下的安装矩阵。

3.根据权利要求2所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述b步骤中，惯性系下的太阳矢量s为：其中，s_b为太阳敏感器测量得到飞行器本体系下太阳矢量，M_bi为飞行器本体系相对于惯性系的转换矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述c步骤中，根据惯性系下的目标视线方向和太阳矢量方向求解期望本体系相对惯性系的姿态四元数，并根据姿态运动学得到期望角速度，求导得到期望角加速度。

5.根据权利要求4所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，所述期望本体系的三轴x_d、y_d和z_d分别满足关系式：

x_d＝y_d×z_d

y_d＝(z_d×s)/|z_d×s|

z_d＝ρ，

则期望本体系相对于惯性系的姿态转换矩阵M_d为：

期望四元数Q_d＝[q_d1 q_d2 q_d3 q_d4]^T，

由姿态运动学方程可得到期望姿态角速度ω_d，

其中，

进一步求导可知期望姿态角加速度

所述太阳帆板转角

6.根据权利要求5所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述d步骤中，飞行器本体系相对于地球惯性系的姿态四元数Q_b＝[q_b1 q_b2 q_b3 q_b4]^T，则误差四元数ΔQ为

其中，

则角速度偏差为：Δω＝ω_b-ω_d，其中ω_b为飞行器当前的实际角速度。

7.根据权利要求6所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述e步骤中，飞行器姿态动力学方程和柔性附件的振动方程如下式：

式中：J为卫星的惯量，ω为卫星的姿态角速度，δ为卫星本体转动与柔性附件振动的耦合矩阵，η为柔性附件振动的模态坐标，ζ为柔性附件振动阻尼比矩阵，ζ＝diag[ζ₁ζ₂…ζ_n]，Λ为柔性附件振动频率矩阵，Λ＝diag[Λ₁Λ₂…Λ_n]，n为模态阶数，τ_c为控制力矩，τ_d为外部干扰力矩；

针对以上动力学模型，设计如下前馈-反馈控制律，得到控制力矩指令：其中，ΔQ(1:3)为误差四元数的矢量部分，k_p和k_d为比例和微分增益矩阵。