[发明专利]一种用于微小卫星的相对姿态确定方法

说明书

本发明公开了一种用于微小卫星的相对姿态确定方法，包括：根据目标信息情况确定相对定姿模式：对于相对目标姿态已知的非合作目标选择模式1；对于目标轨道信息已知的非合作目标选择模式2；根据配套设备输出信息的有效情况，计算相对姿态四元数；选用当前状态下解算精度最高的方法计算相对姿态。其优先级为可见光方位角相对目标距离角速度递推标称期望姿态估计。本发明通过多种敏感器的输出信息完成对非合作目标的相对姿态解算，根据各算法精度进行优先级排序，可广泛应用于微小卫星对非合作航天器的操作任务中。

技术领域

本发明涉及航天器姿态确定与控制领域。更具体的，涉及一种用于微小卫星的相对姿态确定方法。

背景技术

随着航天事业的不断发展，实现对空间非合作目标的近距离跟踪观测是当前航空领域的前沿技术方向。微小卫星由于体积小、质量轻、机动能力较强，能够在短时间内完成机动飞行，并对非合作目标的开展操作任务。不仅可应用在对在轨失效航天器的维修、碎片垃圾清除等方面，对空间卫星等目标实现近距离跟踪监视领域也有广阔应用前景。非合作航天器间相对位姿测量是进行绕飞检测和交会对接等在轨操作的前提，最常用的相对位姿测量方法是基于视觉的测量方法。

对于非合作目标，跟踪航天器无法直接获得操作目标的姿态信息，一般通过配备多种测量敏感器，如可见光成像器、激光测距仪等进行相对位姿测量，目前通常采用可见光成像器作为相对姿态确定的主要敏感器。由于可见光成像器成像能力及非合作目标不受指令控制的约束，单一依靠光学敏感器的测量方法不能满足空间任务的需求。针对微小卫星对相对姿态确定的需求问题，本发明提出一种用于微小卫星的相对姿态确定算法。充分考虑微小卫星的搭载能力及空间执行任务环境，根据各敏感器的输出信息及卫星当前的任务模式，利用多种敏感器的输出信息进行相对姿态确定，能够最大限度保障微小卫星在执行空间操作任务中的相对姿态确定精度。

发明内容

为解决背景技术中所提出的技术问题中的至少一个，本发明的一个目的在于提供一种用于微小卫星的相对姿态确定方法，所述方法包括：

根据目标信息情况确定相对定姿模式：

对于相对目标姿态已知的非合作目标选择模式1；

对于目标轨道信息已知的非合作目标选择模式2；

根据选定的所述相对定姿模式和配套设备输出信息的有效情况，进行相对定姿计算，

若选择模式1：

判断可见光成像器是否捕获目标：

若已捕获目标，则根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数；

若未捕获目标，判断陀螺角速度信息是否有效：

若所述陀螺角速度信息有效，根据Δt时间后的角速度信息递推得到相对姿态四元数；

若所陀螺角速度信息无效，卫星本体姿态角数据有效且轨道信息有效时，利用标称相对目标四元数计算相对姿态四元数；

若选择模式2：

判断所述可见光成像器是否捕获目标：

若已捕获目标，则根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数；

若未捕获目标，则判断所述目标轨道信息是否有效：

若有效：则根据卫星本体与目标的相对距离计算相对姿态四元数。

所述配套设备包括三轴陀螺仪、可见光成像器、星敏感器、导航接收机和激光测距仪，所述三轴陀螺仪用于测量卫星本体的角速度信息，所述可见光成像器用于捕获目标以获取输出方位角信息，所述星敏感器用于测量卫星本体姿态角，所述导航接收机用于输出轨道信息；所述激光测距仪用于提供相对目标距离。

所述根据可见光成像器输出方位角计算相对姿态四元数包括：