[发明专利]一种基于组合滤波的航天器三超近零误差跟踪控制方法

说明书

一种基于组合滤波的航天器三超近零误差跟踪控制方法，适用于目标跟踪且具有载荷超高精度确定需求的领域。与传统的航天器星体平台单级姿态控制不同，本发明针对具有“超高精度指向”、“超高稳定度控制”、“超敏捷控制”等“三超”控制性能的航天器平台提出了基于组合滤波的星体‑载荷‑快反镜三级姿态协同控制方法，利用深度学习提高对目标的位姿解算，并从星体、载荷、快反镜三级系统逐级提高姿态控制精度，为光学载荷快速跟踪和高质量成像提供高精度姿态控制。本发明方法主要思路为：建立三级协同控制系统动力学模型；基于深度学习的目标航天器特征部位位姿解算；设计多级系统融合滤波器；设计三级协同控制系统控制器，包括带宽设计。

技术领域

本发明属于航天器姿态控制领域，涉及一种基于组合滤波的航天器三超近零误差跟踪控制方法。

背景技术

航天器相对姿态跟踪是控制领域的一个核心问题，对于空间观测等许多任务的顺利实施具有着重要意义，当前航天器对相对姿态跟踪控制提出了三超(超高精度、超高稳定度、超敏捷)的要求，目标的跟踪精度、稳定度是相对姿态跟踪要研究的重要问题。三超平台正是瞄准这类光学载荷姿态高精度控制需求应运而生。目前，航天器普遍采用飞轮、控制力矩陀螺等含有高速转子的部件作为姿态控制系统的执行机构。这些高速转动部件不可避免地会产生高频抖动以及微振动，直接影响载荷的工作性能。从而航天器三级协同控制提出了需求。同时，卫星平台与目标航天器快速交会时相对运动速度很快，相对姿态变化也会变化很快，如何快速、精准的对目标进行位置姿态的测量，从而作为控制的输入，也是需要迫切研究的问题。

目前的控制系统存在以下不足：

1、无法实现星体的高频微振动的隔离抑制

在目前航天器的姿态控制系统中，载荷和星体采用刚性连接。航天器星体中存在的挠性振动和高频微振动直接传递到载荷，造成光学载荷无法进一步提高成像质量。而传统的航天器姿态系统，受限于控制器带宽和执行机构的精度无法实现对挠性振动和高频微振动的主动控制，进一步提高星体的控制精度和稳定度受到限制。

2、姿态确定高精度与高动态性能之间存在矛盾，无法同时实现

传统的航天器控制系统中只有星体一级控制回路，不包含主动指向超静平台以及快反镜数学模型。受到光学敏感器测量原理限制，往往精度较高的姿态敏感器动态特性较差，动态特性较好的姿态敏感器测量精度较差，对高动态动目标的高精度跟踪需要航天器控制系统同时具备高动态、高精度的视线测量能力。因此有必要开发一种三级协同动目标跟踪控制方法，利用不同敏感器的优势使得控制系统同时具备高动态和高精度姿态确定能力，实现载荷的三超性能跟踪控制。

3、难以实现对目标的快速。

目前，目标特性数据的来源主要为地基探测，包括光学和雷达等设备。然而，地基设备的探测数据受限制因素太多，使得探测结果具有极大的不确定性。国内外在目标探测识别方面多集中在远距离情况下的点目标探测及在轨运动状态的识别方面，针对卫星本体、太阳帆板等重要特征部件的识别方面的研究较少。近年来，深度学习技术的发展，图像目标识别的效果得到了极大地提升，这给空间目标识别领域带来了新的方法手段。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于组合滤波的航天器三超近零误差跟踪控制方法，能够实现航天器的光学载荷高精度指向控制高稳定度控制，为未来航天器光学载荷超高精度指向、超高稳定度控制、高品质成像提供技术基础。

本发明的技术解决方案是：

一种基于组合滤波的航天器三超近零误差跟踪控制方法，包括如下步骤：

(1)建立航天器多级系统的动力学模型；

(2)对目标与航天器自身的相对姿态进行测量；

(3)对步骤(2)得到的测量值进行滤波；