[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

说明书

本发明涉及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.计算指向空间非合作目标的姿态指令和角速度指令，以及太阳帆板转角指令；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。根据本发明的方法以光学测角相机为导航敏感器，在不需要测距信息情况下，提出一种对空间非合作目标随动跟踪指向的方法，为空间碎片监测等提供支持。

技术领域

本发明涉及一种基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，可应用于空间碎片监测、在轨服务等航天任务。

背景技术

随着人类探索空间活动的不断拓展，越来越多的航天任务提出了对目标随动指向的需求。如空间碎片监测卫星为得到碎片的长弧段测量信息需要对目标持续随动跟踪，在轨服务航天器为监测失效卫星的实时状态在抵近跟飞、绕飞或掠飞时也需要将姿态指向目标。为实现对目标跟踪指向，航天器通常配备相对导航敏感器，分为主动式和被动式两类，主动式主要包括微波雷达、激光雷达等，被动式主要为光学测角相机。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法。

为实现上述发明目的，本发明提供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和、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。

根据本发明的一个方面，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_b2q_b3 q_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。

根据本发明的一个方面，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。

根据本发明的一个方面，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。