[发明专利]一种航天器空间自主交会对接相对导航方法

权利要求书

1.一种航天器空间自主交会对接相对导航方法，其特征在于，包括下列步骤：

构建航天器空间自主交会模型，其中所述航天器空间自主交会模型包括目标星以及追踪星，并且所述追踪星上具有导航敏感器以及导航计算机；

由所述导航敏感器测量所述目标星与所述追踪星之间的相对位置信息；以及

由所述导航计算机执行下列动作：

构建组合导航系统，所述组合导航系统包括滤波状态方程以及量测方程，其中构建组合导航系统包括下列步骤：

选择所述组合导航系统的状态变量并且构建所述滤波状态方程；以及

根据所述相对位置信息选择所述组合导航系统的量测变量并且构建所述量测方程；以及

通过简化的强跟踪容积卡尔曼滤波算法对所述组合导航系统进行状态估计，其中包括：

通过简化的容积卡尔曼滤波算法对所述组合导航系统进行状态估计；以及

基于强跟踪算法在所述简化的容积卡尔曼滤波算法中引入渐消因子并且对所述组合导航系统进行状态估计。

2.根据权利要求1所述的航天器空间自主交会对接相对导航方法，其特征在于，所述导航敏感器包括：

视觉相机，所述视觉相机被配置为测量并且输出所述追踪星与所述目标星之间的相对位置矢量在追踪星本体系下的仰角和方位角λ；以及

激光测距仪，所述激光测距仪被配置为测量并且输出所述追踪星与所述目标星的距离s。

3.根据权利要求2所述的航天器空间自主交会对接相对导航方法，其特征在于，选择所述组合导航系统的状态变量并且构建状态方程包括下列步骤：

选择状态变量x，所述状态变量x表示为下式：

其中，ρ、v以及a_c分别表示目标星轨道系下所述追踪星的相对位置矢量、相对速度矢量以及推力加速度矢量；

构建目标星轨道坐标系下目标星与追踪星之间的相对动力学方程，表示为下式：

其中，R表示目标星距地心的距离，ω_r表示目标星轨道坐标系相对于J2000惯性系的角速度，i_t、u_t分别表示目标星的轨道倾角和纬度幅角，E表示单位矩阵，表示ω_r的叉乘矩阵，A_c、A_t、B_c、B_t分别表示相对动力学方程第一至第四系数；

简化所述相对动力学方程并且构建线性化的组合导航系统状态方程，其中包括：

忽略所述相对动力学方程中非线性项，其中所述非线性项表示为下式：

将所述追踪星的推力加速度矢量构造为常值量，表示为下式：

以及

将所述线性化的组合导航系统状态方程表示为下式：

其中，F表示组合导航系统线性化状态矩阵；以及

将所述线性化的组合导航系统状态方程进一步离散化以构建所述滤波状态方程，表示为下式：

其中，Φ_k|k-1表示组合导航系统离散化状态转移矩阵，变量t_k-1表示时刻，T表示采样周期，Q_k-1表示所述组合导航系统的过程噪声。

4.根据权利要求3所述的航天器空间自主交会对接相对导航方法，其特征在于，所述相对动力学方程第一至第四系数通过下列步骤计算：

将目标星轨道系下所述追踪星的相对位置矢量ρ表示为下式：

ρ＝[ρ_x，ρ_y，ρ_z]^T；

计算所述追踪星距地心的距离r，表示为下式：

计算地球非球形引力摄动项J₂的相关项表示为下式：

其中，μ_e表示地球引力常数，R_e表示地球赤道半径；以及

计算所述第一至第四系数A_c、A_t、B_c、B_t，表示为下式：

其中，分别表示所述目标星和所述追踪星的地心纬度。