一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法技术

一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，步骤如下：(1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域[x2,x3]，其中，x1<x2<x3<x4，[x1,x4]为远场像机、近场像机的测量重叠范围；(2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，根据相对距离与切换区域的关系选定不同相机的测量数据；当相对距离在切换区域之内时，若为接近模式转(3)，若为撤离模式转(4)；(3)采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大于设定值后，开始采用近场像机的测量数据；(4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar大于设定值后，开始采用远场像机的测量数据。

【技术实现步骤摘要】
一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法
本专利技术涉及一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，用于交会对接GNC控制系统的相对导航方案设计，还可推广应用于其它航天器交会对接最后平移靠拢阶段的相对导航方案设计。
技术介绍
早在60年代初期，航天科学家们就认识到空间交会对接技术的重要性，同时认为实现空间交会对接有非常广阔的前景，因此美国、前苏联、俄罗斯、欧洲、日本及我国航天科学家们都积极地开展这一领域的基础技术研究。平移靠拢段作为交会对接过程中的最后逼近，是交会任务和对接任务的衔接，其飞行过程和控制精度直接决定了交会对接任务的成败，因此尤为重要。在最后平移靠拢段，一般采用光学成像敏感器作为主要导航敏感器，以获取两个航天器的相对位置和相对姿态导航信息，完成六自由度控制，实现两个航天器的交会对接。由于安全飞行距离、对接走廊、敏感器视场等约束条件的限制，单靠一台敏感器(像机)，无法完成整个最后平移靠拢段的相对测量，因此光学成像敏感器通常包括远场像机和近场像机，通过分别识别远、近场合作目标，接替完成最后平移靠拢段的相对测量。在工程设计时，远场像机和近场像机的测量范围会有一定的重叠，以方便在交会对接的逼近或撤退过程中完成测量数据的切换。这就意味着在上述测量重叠区域，远场像机和近场像机均能提供有效测量数据，因此如何合理地使用这些数据，完成远、近场像机测量数据的使用切换，并保证切换过程中自主交会对接导航平稳，以满足载人飞船自主交会对接控制精度要求，是设计人员需要考虑的。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的交会对接远、近场切换使用方法。专利技术内容本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法。本专利技术的技术解决方案是：一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，所述的相对测量敏感器包括远场像机和近场像机，远场像机和近场像机的测量范围重叠；方法步骤如下：(1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域[x2,x3]，其中，x1<x2<x3<x4，[x1,x4]为远场像机、近场像机的测量重叠范围；(2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，当相对距离大于x3且远场像机的测量有效时，优先使用远场像机的测量数据，当远场像机测量无效近场像机测量有效时，使用近场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数据；当相对距离处于步骤(1)中的切换区域时，设置远场像机和近场像机连续测量标志NumFar和NumNear；当只有一个像机的测量有效时，使用该相机的测量数据，并将另外一个像机的连续测量标志清0；当两个像机的测量均有效时，若为接近模式转步骤(3)，若为撤离模式转步骤(4)；当相对距离小于x2且近场像机的测量有效时，优先使用近场像机的测量数据，当近场像机的测量无效远场像机测量有效时，使用远场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数据；(3)采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大于设定值NumNearMax后，开始采用近场像机的测量数据；(4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar大于设定值NumFarMax后，开始采用远场像机的测量数据。所述步骤(3)中的设定值其中，两航天器的相对接近速度为v1，控制周期为dt，K1为切换系数，为整数。所述步骤(4)中的设定值其中，两航天器的相对撤离速度为v2，控制周期为dt，K2为切换系数，为整数。本专利技术与现有技术相比有益效果为：本专利技术找到了一种用于自主交会对接最后逼近阶段的相对测量敏感器远、近场切换使用方法，该方法既能保证导航系统使用的测量数据稳定可靠，又能避免切换时由于远、近场像机测量数据精度不同对导航系统的影响，保证导航平稳。方法简单、实用、计算量小，可用于航天器在轨自主自动实施。该方法已经成功应用于我国空间交会对接制导、导航与控制系统的设计，为神舟八号、神舟九号、神舟十号和天宫一号交会对接的成功提供了有力的保证。附图说明图1为本专利技术方法流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细说明，如图1所示，具体如下：1)在自主交会对接最后逼近阶段配置相对测量敏感器为导航系统提供测量数据相对测量敏感器通过像机对合作目标成像并解算可以得到相对位置、相对速度、相对姿态角和相对姿态角速度等测量信息用于导航计算。由于安全飞行距离、对接走廊、敏感器视场等约束条件的限制，单靠一台像机无法完成整个最后平移靠拢段的相对测量，因此相对测量敏感器通常包括远场像机和近场像机。2)根据远、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域为方便在交会对接的逼近或撤退过程中完成测量数据的切换，在设计时远场像机和近场像机的测量范围会有一定的重叠。设远场像机的测量范围为[x1,x5]，近场像机的测量范围为[x0,x4]，其中x为空间交会对接中两个航天器的相对距离，x0<x1<x4<x5，[x1,x4]即为远、近场像机的测量重叠范围。考虑一定的设计裕量，可以选取[x2,x3]作为远、近场测量数据切换区域，其中x1<x2<x3<x4。将测量有效计数标志NumFar和NumNear初始化为0；3)分别获取远场和近场像机的测量有效状态FarValid和NearValid；4)当两航天相对距离大于x5或小于x0时：远、近场像机均超出视场，测量状态FarValid和NearValid无效，此时不进行数据采集；5)当两航天相对距离大于x4且小于等于x5时：使用远场像机的测量数据；6)当两航天相对距离大于x3且小于等于x4时：优先使用远场像机的测量数据；若远场测量FarValid无效而近场测量NearValid有效，则采用近场像机的测量数据；7)当两航天相对距离大于等于x0且小于x1时：使用近场像机的测量数据；8)当两航天相对距离大于等于x1且小于x2时：优先使用近场像机的测量数据；若近场测量NearValid无效而远场测量FarValid有效，则采用远场像机的测量数据；9)当两航天相对距离大于等于x2且小于等于x3时：如果只有远场测量FarValid有效，则采用远场像机的测量数据，同时将近场像机连续测量有效标志NumNear清0；如果只有近场测量NearValid有效，则采用近场像机的测量数据，同时将远场像机连续测量有效标志NumFar清0；如果远、近场像机测量FarValid和NearValid均有效，若为接近模式则转10)，若为撤离模式则转11)；10)若为接近模式，设计相应的切换策略若两航天器的相对接近速度为v1，控制周期为dt，则设计近场像机切换计数器的设定值为K1为切换系数，可根据切换区间大小、时间等选取相应的整数K1＝2,3,4...。切换策略如下：初始采用远场像机的测量数据，同时按照控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大于设定值NumNearMax后，开始采用近场像机的测量数据，完成测量切换。采用上述切换策略可以保证在测量数据切换区域内完成由远场测量切换至近场测量。11)若为撤离模式，设计相应的切换策略若本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，所述的相对测量敏感器包括远场像机和近场像机，远场像机和近场像机的测量范围重叠；其特征在于方法步骤如下：(1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域[x2,x3]，其中，x1<x2<x3<x4，[x1,x4]为远场像机、近场像机的测量重叠范围；(2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，当相对距离大于x3且远场像机的测量有效时，优先使用远场像机的测量数据，当远场像机测量无效近场像机测量有效时，使用近场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数据；当相对距离处于步骤(1)中的切换区域时，设置远场像机和近场像机连续测量标志NumFar和NumNear；当只有一个像机的测量有效时，使用该相机的测量数据，并将另外一个像机的连续测量标志清0；当两个像机的测量均有效时，若为接近模式转步骤(3)，若为撤离模式转步骤(4)；当相对距离小于x2且近场像机的测量有效时，优先使用近场像机的测量数据，当近场像机的测量无效远场像机测量有效时，使用远场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数据；(3)采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大于设定值NumNearMax后，开始采用近场像机的测量数据；(4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar大于设定值NumFarMax后，开始采用远场像机的测量数据。...

【技术特征摘要】
1.一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，所述的相对测量敏感器包括远场像机和近场像机，远场像机和近场像机的测量范围重叠；其特征在于方法步骤如下：(1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域[x2,x3]，其中，x1<x2<x3<x4，[x1,x4]为远场像机、近场像机的测量重叠范围；(2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，当相对距离大于x3且远场像机的测量有效时，优先使用远场像机的测量数据，当远场像机测量无效近场像机测量有效时，使用近场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数据；当相对距离处于步骤(1)中的切换区域时，设置远场像机和近场像机连续测量标志NumFar和NumNear；当只有一个像机的测量有效时，使用该像机的测量数据，并将另外一个像机的连续测量标志清0；当两个像机的测量均有效时，若为接近模式转步骤(3)，若为撤离模式转步骤(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：解永春，张昊，于丹，张维瑾，胡军，
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