[发明专利]一种利用有限次视线测量对非合作目标进行相对定轨的方法

说明书

本发明涉及一种利用有限次视线测量对非合作目标进行相对定轨的方法，属于航天器导航制导与控制技术。首先重新建立交会运动描述基准。利用非合作目标含有误差的初值绝对轨道信息，建立虚拟坐标系；接着，在虚拟坐标系中，重新建立描述交会的相对运动模型和相对测量关系模型，即重新建立追踪飞行器和非合作目标之间的相对运动模型、重新建立相机测量的非合作目标的视线指向信息，其中，相对运动模型可以用于计算追踪飞行器和非合作目标之间相对位置和相对速度关系。最后，结合相对运动模型和视线信息，建立非合作目标相对轨道信息与关键若干次视线量测信息的关联方程，直接计算目标相对轨道信息，完成目标相对定轨计算。

技术领域

本发明涉及航天器导航制导与控制技术、航天器轨道动力学技术，具体涉及一种利用有限次视线测量对非合作目标进行相对定轨的方法。

背景技术

通过相对定轨准确获取目标的相对运动状态是实施空间飞行器交会的重要前提，但非合作目标的自身特性却导致难以准确这些信息。非合作目标指的是运动状态未知或非准确获知的、机动不配合的、目标特性未知的、与主动的追踪航天器之间没有信息沟通的航天器。由于非合作目标的这些特点，非合作目标的交会对接任务无法采用常规的合作目标交会对接导航方法准确确定非合作目标的相对轨迹及其运动状态。此外，非合作目标交会任务初期，追踪航天器与目标之间的相对距离往往较远(大概十几km到近一百km)，超出常规测距传感器工作范围，导致后续交会阶段追踪航天器难以直接测量相对距离信息，仅能利用安装在追踪飞行器上的相机等光学传感器获取相对视线信息，因此无法直接计算两者相对运动信息。

因此，在非合作目标交会任务中，往往采用仅测角的导航方法，完成非合作目标相对定轨，具体包括基于测量相机偏置的仅测角导航方法、基于追踪器轨道机动的仅测角导航方法等等。然而，基于测量相机偏置的仅测角导航方法仅适用于近距离交会任务，在远距离交会任务中将因失去可观测性而无法适用；基于追踪器轨道机动的仅测角方法需要使用滤波计算，计算量较大，对星载计算机的算力要求较高，且需要相机进行持续测量，轨道机动期间也要保持对目标持续跟踪，这样会引起测量时间长、跟踪测量难，必须提升传感器的跟踪测量与持续测量能力，导致实际使用难度很大。

鉴于此，需要寻求一种适用距离远、计算量小、精度好、测量难度低的一种新的非合作目标相对定轨方法。

发明内容

要解决的技术问题

针对非合作目标交会的相对定轨问题，提出了一种利用有限次(最少3次)视线测量就能够对非合作目标进行定轨的方法，避免了定轨过程中需要连续开机测量视线的问题，同时能够在远距离交会下也能够适用，还能够降低导航定轨的计算量。

技术方案

本发明充分利用了常规相对定轨中含有未知误差的非合作目标初始绝对轨道(含有绝对位置、绝对速度)测量数据，基于该绝对轨道信息构建相对运动基准，在此基准上重新描述非合作目标交会过程和视线测量信息，并建立非合作目标相对运动状态，构建该相对运动状态与视线测量的关联模型，实现利用有限次视线信息对非合作目标相对运动的直接求解，从而完成追踪飞行器和非合作目标之间的相对定轨。

以下是发明的主体内容：

首先重新建立交会运动描述基准。利用非合作目标含有误差的初值绝对轨道(含有绝对位置、绝对速度)信息，建立描述追踪飞行器面向非合作目标交会过程的新的坐标系——虚拟坐标系；

接着，在新基准坐标系中，重新建立描述交会的相对运动模型和相对测量关系模型，即重新建立追踪飞行器和非合作目标之间的相对运动模型、重新建立相机(安装在追踪飞行器上)测量的非合作目标的视线指向信息，其中，相对运动模型可以用于计算追踪飞行器和非合作目标之间相对位置和相对速度关系。

最后，结合相对运动模型和视线信息，建立非合作目标相对轨道信息与关键若干次视线量测信息的关联方程，直接计算目标相对轨道信息，完成目标相对定轨计算。

详细步骤如下：