[发明专利]一种航天器空间自主交会对接相对导航方法

说明书

本发明涉及航天器空间交会技术领域，提出一种航天器空间自主交会对接相对导航方法，包括：构建航天器空间自主交会模型；测量相对位置信息；构建组合导航系统；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。本发明可以通过航天器自主采集量测信息构建组合导航系统并且进行状态估计，具有计算量小，滤波精度高、数值稳定性好的优点，并且具有较好的鲁棒性。另外本发明还基于滤波残差序列统计特性改进了简化的强跟踪容积卡尔曼滤波算法，使本发明方法具有较好的自适应性。

技术领域

本发明总的来说涉及航天器空间交会技术领域。具体而言，本发明涉及一种航天器空间自主交会对接相对导航方法。

背景技术

航天器空间交会对接自主导航系统通常包括导航敏感器以及导航计算机。在航天器空间交会的过程中，导航计算机根据航天器的轨道动力学模型建立状态方程，并且通过适当的导航滤波算法处理导航敏感器的量测信息，实时定位出航天器的位置和速度等状态信息。

近距离空间交会对接要求高精度的相对导航，通常采用激光测距仪和相机的组合导航方式，其具有结构简单并且可靠性高的优点。而对于导航敏感器的量测信息，目前通常采用扩展卡尔曼(Extended Kalman Filter EKF)滤波算法进行处理。然而该方法具有高阶截断误差，在线性化的过程中要求计算系统的Jacobian矩阵，对于非线性系统而言存在计算量大并且近似精度低的问题。另外当面对系统的强非线性和状态不确定时，该方法的鲁棒性较差，容易滤波发散。

发明内容

为至少部分解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种航天器空间自主交会对接相对导航方法，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。

在本发明一个实施例中规定，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。

在本发明一个实施例中规定，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：