一种基于视线测量的同步轨道卫星相对倾角远距离修正方法技术

本发明专利技术提出一种基于视线测量的同步轨道卫星相对倾角远距离修正方法，首先通过地面测控系统提供的绝对导航信息，对同步轨道卫星施加远程轨道控制，将同步轨道卫星导引至任务目标后方远距离的停泊点处；再通过光学敏感器的相对导航信息，以及地面测控系统提供的绝对导航信息，结合航天器相对轨道的典型运动特征，采用最小二乘方法拟合并预报视线方位角的变化情况；然后，结合停泊点处的标称距离，预报卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动；最后，在停泊点处通过对操作卫星施加轨道面外的速度脉冲控制，消除相对倾角引起的轨道面外的相对位置误差，避免发生任务目标因超出光学敏感器视场而丢失的情况，有利于卫星快速、准确地逼近任务目标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基于视线测量信息的远距离非合作目标相对导航与控制领域，特别是一种基于视线测量的同步轨道卫星相对倾角远距离修正方法。
技术介绍
在航天器在轨服务等任务中，以光学相机为主要探测手段的视线导航方法，被认为是进行航天器非合作式自主相对导航的重要手段。进行视线测量的相对导航设备具有质量轻、功耗低、结构紧凑等诸多特点，并且属于被动探测，在空间自主交会领域的应用研究正在不断兴起。基于视线测量信息的远距非合作目标相对导航问题，一直是该领域研究的热点。由于仅能够获取目标的相对指向信息，而缺乏追踪航天器与目标之间的相对距离信息，导致滤波估计过程中沿航天器连线方向的距离估计误差积累明显。这一缺陷是仅使用视线测量信息的相对导航方法所固有的(Chari,R.J.V..AutonomousOrbitalRendezvousUsingAngles-OnlyNavigaiton[D].Massachusetts:MassachusettsInstituteofTechnology,2001)。为改善这一较差的可观测性问题，一部分研究认为通过对追踪航天器施加特定的轨道机动可以改善导航系统的可观测性，提高导航精度(Woffinden,D.C.,Geller,D.K..OptimalOrbitalRendezvousManeuveringforAngles-OnlyNavigation[J].JournalofGuidance,Control,andDynamics,2009,V32(4):1382-1387)；另一部分研究认为通过引入辅助距离测量信息、或者结合目标的轨道预报信息等方式而改善导航系统的性能(Hablani,H.B..AutonomousIneritalRelativeNavigationwithSight-Line-StabilizedIntegratedSensorsforSpacecraftRendezvous[J].JournalofGuidance,Control,andDynamics,2009,V32(1):172-183；Chen,T.,Xu,S..DoubleLine-of-sightMeasuringRelativeNavigationforSpacecraftAutonomousRendezvous[J].ActaAstronautica,2010,V67(1-2):122-134)。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是，克服现有技术不足，提出一种利用同步轨道卫星停泊点到任务目标之间的标称相对距离信息以及两者之间的视线方位角信息，采用最小二乘方法，估计任务目标在轨道面外的相对位置运动规律，进而将该相对位置误差消除的方法,有效地避免了任务目标因超出光学相对导航敏感器视场而丢失的情况发生，有利于操作卫星快速、准确地逼近任务目标。该方法简洁易行，未引入额外的系统负担，并且有效地规避了仅有视线测量信息的相对导航方法在可观测性方面的不足之处。本专利技术的技术解决方案是通过如下步骤实现的：(1)通过地面测控系统提供的绝对导航信息，对同步轨道卫星施加远程轨道控制，将同步轨道卫星导引至任务目标后方远距离的停泊点处，记录同步轨道卫星与任务目标之间的标称距离l；(2)在步骤(1)中的停泊点处，通过光学敏感器的相对导航信息，以及地面测控系统提供的绝对导航信息，结合航天器相对轨道的典型运动特征，采用最小二乘方法拟合并预报视线方位角的变化情况；(3)结合步骤(1)中停泊点处的标称距离，以及步骤(2)中拟合得到的视线方位角变化情况，预报卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动；(4)在步骤(1)中的停泊点处，根据步骤(3)预报得到的卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动，通过对操作卫星施加速度脉冲控制，消除相对倾角引起的轨道面外的相对位置误差。所述步骤(2)中，在步骤(1)中的停泊点处，通过光学敏感器的相对导航信息，以及地面测控系统提供的绝对导航信息，结合航天器相对轨道的典型运动特征，采用最小二乘方法拟合并预报视线方位角的变化情况，具体实现情况如下：(A)位于停泊点处的同步轨道卫星，在光照允许的条件下，采用光学敏感器测量任务目标获取相对导航信息，根据相对导航信息得到任务目标的视线方位角β变化情况。任务目标的视线方位角β是指在同步轨道卫星的轨道坐标系下根据任务目标的相对位置Δx、Δy、Δz定义的方位角，具体公式如下：(B)根据光学敏感器相对导航信息中，0h～mh内视线方位角的变化情况{βraw本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于视线测量的同步轨道卫星相对倾角远距离修正方法，其特征在于步骤如下：(1)通过地面测控系统提供的绝对导航信息，对同步轨道卫星施加远程轨道控制，将同步轨道卫星导引至任务目标后方远距离的停泊点处，记录同步轨道卫星与任务目标之间的标称距离l；(2)在步骤(1)中的停泊点处，通过光学敏感器的相对导航信息，以及地面测控系统提供的绝对导航信息，结合航天器相对轨道的典型运动特征，采用最小二乘方法拟合并预报视线方位角的变化情况；(3)根据步骤(1)停泊点处的标称距离，以及步骤(2)中拟合得到的视线方位角变化情况，预报卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动；(4)在步骤(1)中的停泊点处，根据步骤(3)预报得到的卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动，通过对操作卫星施加速度脉冲控制，消除相对倾角引起的轨道面外的相对位置误差。

【技术特征摘要】
1.一种基于视线测量的同步轨道卫星相对倾角远距离修正方法，其特征在于步骤如下：(1)通过地面测控系统提供的绝对导航信息，对同步轨道卫星施加远程轨道控制，将同步轨道卫星导引至任务目标后方远距离的停泊点处，记录同步轨道卫星与任务目标之间的标称距离l；(2)在步骤(1)中的停泊点处，通过光学敏感器的相对导航信息，以及地面测控系统提供的绝对导航信息，结合航天器相对轨道的典型运动特征，采用最小二乘方法拟合并预报视线方位角的变化情况；(3)根据步骤(1)停泊点处的标称距离，以及步骤(2)中拟合得到的视线方位角变化情况，预报卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动；(4)在步骤(1)中的停泊点处，根据步骤(3)预报得到的卫星与任务目标之间轨道面外的周期性相对运动，通过对操作卫星施加速度脉冲控制，消除相对倾角引起的轨道面外的相对位置误差。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王楷，朱志斌，常建松，魏春岭，何英姿，汤亮，王大轶，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11