一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法
【专利摘要】本发明涉及一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法，以航天器相对轨道运动方程为导航状态方程，以星载CCD（Charge?Coupled?Device，电荷耦合器件）相机测量的相对视线角信息和GNSS（Global?Navigation?Satellite?System，全球导航卫星系统）接收机输出的绝对定位信息以及几何约束构造的相对距离ρ信息作为量测量，采用UKF（Unscented?kalman?filter，无味卡尔曼滤波器）滤波算法精确估计出服务星与非合作目标之间的相对位置和相对速度。本发明适用于对空间非合作目标中远程自主交会的相对导航。有益效果：能够在服务星不进行特殊轨道机动，也不增加服务星数量的情况下，仅依靠单颗服务星的星载相对测量设备CCD相机和绝对定位设备GNSS接收机，就能实现服务星对空间非合作目标中远程自主交会的高精度相对导航。
【专利说明】一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法，属于空间自主相对导航领域。
【背景技术】
[0002]近二十年来，针对地球轨道资源日趋紧张、故障卫星在轨修复以及轨道碎片清理等问题，各国积极展开了利用空间机器人(在轨服务航天器或服务星)对故障卫星、轨道碎片等空间非合作目标进行监视、接近、捕获以及延寿或离轨等在轨服务技术研究。相对导航是在轨航天器服务的关键技术，CCD相机因其为无源测量，并且具有测量范围广、精度高，设备体积小、质量轻、功耗低等优点，是未来对空间非合作目标进行在轨服务的理想相对导航敏感器。但是在中远距离交会时，由于目标非合作(无通信、无合作标志器等)，CCD相机能够获得的测量信息不完备，只有相对视线角信息，没有直接的相对距离信息，这就导致仅用CCD相机进行相对测量的相对导航系统可观测性差，相对导航实现难度大。目前国内外解决该问题实现高精度相对导航的途径都是通过间接地估计出相对距离信息辅助相对导航，具体主要有两大类方案:
[0003]1、轨道机动方案，见文献:Li J.R., Li H.Y, Tang G.J., Research on thestrategy of angles-only relative navigation for autonomous rendezvous [J].SCIENCE CHINA Technological Sciences, 2011, 54(7):1865-1872.以及文献:WoffindenD.C.,Geller D.Κ., Optimal Orbital Rendezvous Maneuvering for Angles-OnlyNavigation[J].Journal of Guidance control and Dynamics，2009，32 (4)，1382-1387。
[0004]2、双星编队方案，见文献:苏建敏，董云峰.非合作机动目标天基测角定轨研究[J].航天控制，2011，29(3):36-42 ;以及文献:陈统，徐世杰，贾英宏.应用双视线矢量测量的非合作目标航天器相对导航制导方法:中国，101423121A[P].2009.5.6。以及文献:刘光明，廖瑛等.基于双星编队的空间非合作目标联合定轨方法[J].宇航学报，2010，31 (9):2095-2100。
[0005]参见图1、图2。对于轨道机动方案，其实质是通过服务星进行特殊轨道机动来构造相对距离信息，该方案在实际中可能会对服务星的安全性和燃料消耗产生重要影响。对于双星编队方案，其实质是通过双星的测量基线来构造相对距离信息，该方案需要两颗卫星或者需要服务星需要具备释放伴飞小卫星并且协同测量的能力，这在实际中不易实现且代价较大，而双星观测矢量夹角越小估计精度越低，且两观测矢量平行时相对距离估计失效。目前的对空间非合作目标仅测角导航方法中，需要通过多个卫星平台协同测量或者单个卫星平台通过特殊轨道机动，来提高系统可观测性和解决某些情况下可观测性差不能完成相对导航的问题。
【发明内容】
[0006]要解决的技术问题[0007]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法。
[0008]技术方案
[0009]一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法，其特征在于步骤如下:
[0010]步骤1:由服务星星载C⑶相机跟踪观测空间非合作目标，获得相对视线仰角ε和相对视线方位角Θ ;
[0011]步骤2:由服务星星载GNSS接收机对服务星进行绝对定位获取惯性系下的位置信息，然后由该绝对位置进行几何递推获得相对距离，递推公式为:
【权利要求】
1.一种对空间非合作目标自主交会的相对导航方法，其特征在于步骤如下: 步骤1:由服务星星载CCD相机跟踪观测空间非合作目标，获得相对视线仰角ε和相对视线方位角Θ ; 步骤2:由服务星星载GNSS接收机对服务星进行绝对定位获取惯性系下的位置信息，然后由该绝对位置进行几何递推获得相对距离，递推公式为:
【文档编号】G01C21/24GK103438888SQ201310314550
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月24日 优先权日:2013年7月24日
【发明者】罗建军, 龚柏春, 袁建平, 朱战霞, 马卫华, 姚玮 申请人:西北工业大学