[发明专利]一种用于航天器表面巡视的导航装置及方法

摘要

本发明实施例公开了一种用于航天器表面巡视的导航装置及方法，涉及航天在轨服务技术领域，实现巡检器相对导航和目标航天器表面结构检测复用。以目标航天器的轨道坐标系为导航坐标系；利用惯性测量单元输出的加速度和角速度信息进行纯惯导积分推算，计算相对于导航坐标系的姿态、位置和速度等导航参数；利用三角法测量航天器的外形点云数据，利用惯导短时高精度的特点和线激光三角测量器的安装参数，将外形点云数据换算到本体坐标系下；将目标航天器已知的外形结构数据与实测的外形点云数据配准，计算巡检器相对于导航坐标系的姿态和位置；通过卡尔曼滤波将测得的姿态和位置，与惯性导航系统计算出的导航信息进行融合，得到精确的导航参数。

主权项

1.一种用于航天器表面巡视的导航装置，其特征在于，所述装置安装在巡检器上，所述巡检器用于在目标航天器表面漂移以实现巡检功能；所述装置包括：惯性测量单元(IMU)、线激光三角测量器和导航计算机，所述线激光三角测量器由红外线激光器、相机和滤光片组成；所述惯性测量单元，用于测量所述巡检器的加速度和角速度信息，并根据所述巡检器的加速度和角速度信息通过惯性积分推算，得到相对于导航坐标系的导航参数，所述导航参数包括：所述巡检器的姿态参数、位置参数和速度参数，所述导航坐标系为所述目标航天器的轨道坐标系；所述线激光三角测量器，用于通过三角法周期性测量所述目标航天器表面结构的点云数据；所述红外线激光器用于投射到目标航天器表面，形成红外激光线光斑；所述滤光片用于滤除可见光，通过红外光；所述相机用于对目标航天器表面的红外激光线光斑进行成像；所述导航计算机，用于采集惯性测量单元的加速度与角速度信息、线激光三角测量器中相机输出的图像信息，并进行数据处理；所述惯性测量单元，具体用于：获取所述目标航天器的轨道坐标系作为所述导航坐标系；并利用加速度计和陀螺测量所述巡检器的加速度信息和角速度信息；再根据所述巡检器相对于所述导航坐标系的导航方程，计算所述巡检器的姿态参数和位置参数，所述导航方程包括：其中，ρ表示巡检器的位置，表示巡检器的速度，是巡检器的加速度，n是轨道角速率，q表示巡检器相对于导航坐标系的姿态四元数，表示对应的姿态矩阵，是的转置矩阵，即表示加速度计漂移的估计值，f_c＝f+f_b+f_ε，f表示加速度真值，f_b表示加速度计漂移，f_ε表示加速度计测量噪声，表示陀螺漂移的估计值，ω_c＝ω+ω_b+ω_ε，ω表示角速度真值，ω_b表示陀螺漂移，ω_ε表示陀螺测量噪声。