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原文传递基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法

专利名称：	基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法
摘要：	本发明涉及一种基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，包括步骤：a.光学测角相机测量得到目标在光学测角相机坐标系下的方位信息，根据相机安装矩阵、飞行器姿态得到目标视线方向在惯性系下的矢量；b.根据太阳敏感器测量得到的飞行器本体系下的太阳矢量以及飞行器姿态，得到惯性系下的太阳矢量；c.计算指向空间非合作目标的姿态指令和角速度指令，以及太阳帆板转角指令；d.计算飞行器当前姿态与姿态指令的偏差、实际角速度与期望角速度的偏差；e.选取控制律参数，计算控制力矩指令。根据本发明的方法以光学测角相机为导航敏感器，在不需要测距信息情况下，提出一种对空间非合作目标随动跟踪指向的方法，为空间碎片监测等提供支持。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京空间技术研制试验中心
发明人：	徐广德;张柏楠;张永;苟仲秋;孙国童;武江凯
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201910131362.7
公开号：	CN109677637A
代理机构：	北京谨诚君睿知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	陆鑫;延慧
分类号：	B64G1/24(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	100094 北京市海淀区友谊路104号院
主权项：	1.一种基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，包括以下步骤： a.光学测角相机测量得到目标在光学测角相机坐标系下的方位信息，根据相机安装矩阵、飞行器姿态得到目标视线方向在惯性系下的矢量； b.根据太阳敏感器测量得到的飞行器本体系下的太阳矢量以及飞行器姿态，得到惯性系下的太阳矢量； c.计算指向空间非合作目标的姿态指令和角速度指令，以及太阳帆板转角指令； d.计算飞行器当前姿态与姿态指令的偏差、实际角速度与期望角速度的偏差； e.选取控制律参数，计算控制力矩指令。 2.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述a步骤中，目标视线方向在相机坐标系下的单位矢量ρ0，ρ0＝[sinβcosα sinβsinα cosβ]T，其中，α为光学测角相机测量得到目标在相机坐标系下的方位角，β为光学测角相机测量得到目标在相机坐标系下的俯仰角；姿态敏感器测量得到飞行器本体坐标系相对于地球惯性系的姿态四元数Qb＝[qb1 qb2qb3 qb4]T，则飞行器的本体系相对于惯性系的转换矩阵Mbi为：目标视线方向在惯性系下的单位矢量ρ为：其中Mcamera为光学测角相机在飞行器本体系下的安装矩阵。 3.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述b步骤中，惯性系下的太阳矢量s为：其中，sb为太阳敏感器测量得到飞行器本体系下太阳矢量，Mbi为飞行器本体系相对于惯性下的转换矩阵。 4.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述c步骤中，根据惯性系下的目标视线方向和太阳矢量方向求解期望本体系相对惯性系的姿态四元数，并根据姿态运动学得到期望角速度，求导得到期望角加速度。 5.根据权利要求4所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，所述期望本体系的三轴xd、yd和zd分别满足关系式： xd＝yd×zd yd＝(zd×s)/\|zd×s\| zd＝ρ，则期望本体系相对于惯性系的姿态转换矩阵Md为：期望四元数Qd＝[qd1 qd2 qd3 qd4]T，由姿态运动学方程可得到期望姿态角速度ωd，其中，进一步求导可知期望姿态角加速度所述太阳帆板转角 6.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述d步骤中，飞行器本体坐标系相对于地球惯性系的姿态四元数Qb＝[qb1 qb2 qb3qb4]T，则误差四元数ΔQ为其中，则角速度偏差为：Δω＝ωb-ωd，其中ωb为飞行器当前的实际角速度。 7.根据权利要求1所述的基于光学测角相机的空间非合作目标跟踪指向方法，其特征在于，在所述e步骤中，飞行器姿态动力学方程和挠性附件的振动方程如下式：式中：J为卫星的惯量，δ为卫星本体转动与柔性附件振动的耦合矩阵，η为柔性附件振动的模态坐标，ζ为柔性附件振动阻尼比矩阵，ζ＝diag[ζ1 ζ2 … ζn]，Λ为柔性附件振动频率矩阵，Λ＝diag[Λ1 Λ2 … Λn]，n为模态阶数，τc为控制力矩，τd为外部干扰力矩；针对以上动力学模型，设计如下前馈-反馈制律，得到控制力矩指令：其中，ΔQ(1:3)为误差四元数的矢量部分，kp和kd为比例和微分增益矩阵。
所属类别：	发明专利