[发明专利]一种星群协同的空间目标相对导航系统及方法

说明书

本发明提供一种星群协同的空间目标相对导航系统，包含：星群,包含一个主星和由至少六个辅星,主星通信连接任一辅星,辅星以所述主星为中心，按照设计构型绕飞，辅星测量其相对于主星的位置坐标并发送给主星，辅星还测量空间目标相对于该辅星视线方向的高低角角度值和方位角角度值并发送给主星；主星按照设计的选择方法，筛选出四颗辅星；相对导航滤波器，设置在主星上，根据筛选的四颗辅星在同一时刻发送的位置测量值，通过滤波估计，计算得到空间目标在轨道系下相对于主星的位置，实现通过所述星群对空间目标进行仅测角相对导航。本发明还包含一种修正球坐标系下的多角度相对导航方法。

技术领域

本发明涉及本发明属于航天器导航技术领域，具体涉及一种星群协同的空间目标相对导航系统及方法。

背景技术

随着太空探索的日益频繁，一方面微纳卫星蓬勃发展，各项规模庞大的微纳星群计划纷纷出台；另一方面太空垃圾数量也急剧增长，正在威胁着在轨航天器的运行安全。太空垃圾通常为失控的非合作目标，多数是完全非合作目标，因此在轨无法获得任何与其关于形态学、运动学、光学的先验信息，对太空垃圾进行精准的定位和跟踪检测，是避免在轨碰撞威胁的有效方式。

在超远相对距离的情况下，追踪星可以获得的只有相对角度信息，传统的单颗追踪星通过仅测角相对导航对目标进行定位，通常由于可观性不足而严重影响定位精度。因此，利用微纳卫星构成星群，由星群中的多颗成员星相互协同，对太空垃圾等空间目标进行远程视线测量与精准导航定位，可为空间碎片主动清除、故障卫星维修提供必须的远程相对导航信息，具有重要的研究价值和发展潜力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星群协同的空间目标相对导航系统及方法，在无法实现距离测量的超远程段，通过微纳星群协同测角的方式，对空间目标进行高精度相对定位。

为了达到上述目的，本发明提供一种星群协同的空间目标相对导航系统，包含：星群，若干个相对位置测量敏感器，若干个角度测量敏感器，相对导航滤波器；

所述星群由若干个微纳卫星组成；星群包含一个主星和至少六个辅星；所述主星通信连接任一辅星；所述辅星以所述主星为中心，按照设计构型绕飞；

所述辅星均设有一个所述相对位置测量敏感器和一个所述角度测量敏感器；所述主星设有一个所述角度测量敏感器；辅星通过其相对位置测量敏感器获取其相对于主星的位置坐标，辅星还发送其测量的所述位置坐标给主星；主星、辅星通过各自的角度测量敏感器测得空间目标相对于主星、辅星视线方向的高低角角度值和方位角角度值；辅星还发送测得的高低角角度值和方位角角度值给主星；主星按照设计的选择方法，筛选出若干颗辅星；

所述相对导航滤波器设置在主星上，根据筛选的若干颗辅星在同一时刻测得的位置坐标值、高低角角度值和方位角角度值，以及主星该时刻测得的高低角角度值和方位角角度值，通过滤波估计，计算得到空间目标在轨道系下相对于主星的位置，实现通过所述星群对空间目标进行仅测角相对导航。

所述主星、辅星均为微纳卫星。

所述选择若干颗辅星，具体是选择四颗辅星。

一种修正球坐标系下的多角度相对导航方法，采用本发明所述的星群协同的空间目标相对导航系统实现的，包含步骤：

S1、至少六颗辅星以所述主星为中心，按照设计的绕飞构型绕飞主星；

S2、辅星测量其相对于主星的位置坐标值，并发送其测量的位置坐标给主星；主星、辅星测量空间目标相对于主星、辅星视线方向的高低角角度值和方位角角度值；辅星还发送测得的高低角角度值和方位角角度值给主星；

S3、主星从所述至少六颗辅星中筛选出四颗辅星；