一种编队飞行卫星间光学测距方法及计算机设备技术

本申请公开了一种编队飞行卫星间光学测距方法及计算机设备，方法包括：设置基本参数，包括地球引力系数、主星运行的轨道半径、位于主星的摄像头临界半视场角、主星摄像头的成像距离以及从星上的标注物体的第一长度；根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置，根据CW方程以及初始位置计算任意时刻从星相对于主星的第一位置；测量从星上的标注物体在主星上成像面所成像的第二长度，根据所述第二长度、所述第一位置、所述成像距离以及所述第一长度确定从星和主星之间的相对距离。本申请解决了现有技术中加重卫星的负担以及卫星的研制成本的技术问题。的研制成本的技术问题。的研制成本的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种编队飞行卫星间光学测距方法及计算机设备


[0001]本申请涉及卫星
，尤其涉及一种编队飞行卫星间光学测距方法及计算机设备。

技术介绍

[0002]卫星编队飞行通常是指多颗卫星在围绕地球运动的同时，彼此之间形成特定的构型，在运行过程中各卫星间始终保持一定的距离，紧密联系，通过星间通信互相协调工作，形成一个整体。随着小卫星、微小卫星等的蓬勃发展、一箭多星技术的成熟利用、商业航天公司的兴起，卫星的研制、发射和部署成本进一步降低，使得使用多颗低成本小卫星编队形成“虚拟卫星”完成复杂空间任务成为一种趋势，也令卫星编队飞行成为航天领域的研究热点之一。其中，准确测量或者估算各编队卫星间的相对距离是卫星编队维持特定任务构型、防止卫星间发生不安全事件的一项关键技术。
[0003]目前，对于卫星编队中卫星星间测距通常使用雷达测距、激光测距、地面测控或星间信息交换等方法；其中，使用雷达或激光测距时，卫星需要卫星携带专用的仪器设备来进行卫星星间测距；而使用地面测控或星间信息交换进行测距时，需要建立卫星与卫星或卫星与地面之间的实时通信，这样往往会增多卫星携带的仪器设备，浪费卫星载荷空间、增大星载计算机的通信和计算要求、造成大量的热控和电源负担，同时也增加了卫星的研制成本，部分小卫星、微小卫星甚至无法承受如此众多的仪器设备。

技术实现思路

[0004]本申请解决的技术问题是：针对现有技术中加重卫星的负担以及卫星的研制成本问题，本申请提供了一种编队飞行卫星间光学测距方法及计算机设备，本申请实施例所提供的方案中，在从星上标注物体，通过用卫星上搭载的监测相机等光学相机对标注物体进行成像，然后采用简单的光学成像原理即可进行测距，不需要搭载专用相机或其他专用测距设备，减少了卫星设备需求，节约了卫星载荷空间和质量，减少了卫星热控和电源负担；另外采用CW方程进行相机定向，计算量小，对计算能力要求低，可直接在星载计算机上完成计算；只有在需要计算和更新初始位置时才建立星间通讯，减少了主从星间的数据通讯需求。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种编队飞行卫星间光学测距方法，该方法包括：
[0006]设置基本参数，其中，所述基本参数包括地球引力系数、主星运行的轨道半径、位于主星的摄像头临界半视场角、主星摄像头的成像距离以及从星上的标注物体的第一长度；
[0007]根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置，根据CW方程以及初始位置计算任意时刻从星相对于主星的第一位置；
[0008]测量从星上的标注物体在主星上成像面所成像的第二长度，根据所述第二长度、所述第一位置、所述成像距离以及所述第一长度确定从星和主星之间的相对距离。
[0009]可选地，根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置，包括：
[0010]构建第一坐标系，其中，所述第一坐标系是指主星轨道坐标系，主星轨道坐标系用于描述从星相对于主星运动的坐标系；
[0011]在所述第一坐标系下，根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置。
[0012]可选地，构建第一坐标系，包括：
[0013]将主星质心作为第一坐标系的原点，将第一坐标系中xy平面与主星所对应的轨道平面重合；
[0014]设置第一坐标系中x轴方向为沿地球质心指向主星质心方向；z轴垂直xy平面，其方向与轨道动力量矩方向一致；根据右手法则确定y轴。
[0015]可选地，根据CW方程以及初始位置计算任意时刻从星相对于主星的第一位置，包括：
[0016]通过如下公式计算所述第一位置：
[0017][0018]其中，X
t
表示第一位置；X0表示初始位置；()表示余弦函数；s()表示正弦函数；t
r
表示任意时刻和初始时刻之差。
[0019]可选地，根据所述第二长度、所述第一位置、所述成像距离以及所述第一长度确定从星和主星之间的相对距离，包括：
[0020]通过如下公式计算从星和主星之间的相对距离：
[0021][0022]其中，L
real
表示从星和主星之间的相对距离；h
real
表示第一长度；h
optical
表示第二长度；d
optical
表示所述成像距离。
[0023]可选地，还包括:确定从星上的标注物体在主星上成像轴线与相机成像中心之间的第一距离，根据所述第一距离以及所述成像距离计算所述第一位置与从星的真实位置的成像角度差所对应的第一正切值；确定所述摄像头临界半视场角所对应的第二正切值，判断所述第一正切值是否不小于所述第二正切值；若是，则更新所述初始时刻和所述初始位置，根据更新后的初始时刻和初始位置重新进行下一时刻的测距。
[0024]可选地，根据所述第一距离以及所述成像距离计算所述第一位置与从星的真实位置的成像角度差所对应的第一正切值，包括：
[0025]通过如下公式计算第一正切值：
[0026][0027]其中，tan k为第一正切值；k表示所述第一位置与从星的真实位置的成像角度差；
δr
optical
表示所述第一距离。
[0028]可选地，还包括：根据轨道半径对第一长度和第二长度进行归一化；根据地球引力系数和主星运行的轨道半径确定角速度，根据所述角速度对初始时刻和任意时刻进行归一化。
[0029]第二方面，本申请提供一种计算机设备，该计算机设备，包括：
[0030]存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
[0031]处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第一方面所述的方法。
[0032]与现有技术相比，本申请实施例所提供的方案至少具有如下有益效果：
[0033]1、本申请实施例所提供的方案中，在从星上标注物体，通过用卫星上搭载的监测相机等光学相机对标注物体进行成像，然后采用简单的光学成像原理即可进行测距，不需要搭载专用相机或其他专用测距设备，减少了卫星设备需求，节约了卫星载荷空间和质量，减少了卫星热控和电源负担；
[0034]2、本申请实施例所提供的方案中，采用CW方程进行相机定向，计算量小，对计算能力要求低，可直接在星载计算机上完成计算；只有在需要计算和更新初始位置时才建立星间通讯，减少了主从星间的数据通讯需求。
附图说明
[0035]图1为本申请实施例所提供的一种编队飞行卫星间光学测距方法的流程示意图；
[0036]图2为本申请实施例所提供的一种第一坐标系的示意图；
[0037]图3为本申请实施例所提供的一种从星上标注物体与该物体在主星上所成像的三角形相似原理示意图；
[0038]图4为本申请实施例所提供的一种相机定向修正的原理示意图；
[0039]图5a表示本申请实施例提供的一种从星和主星相对运动轨迹的解析计算结果示意图；
[0040]图5b表示一种从星和主星相对运动轨迹的位置的数值计算结果示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种编队飞行卫星间光学测距方法，其特征在于，包括：设置基本参数，其中，所述基本参数包括地球引力系数、主星运行的轨道半径、位于主星的摄像头临界半视场角、主星摄像头的成像距离以及从星上的标注物体的第一长度；根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置，根据CW方程以及初始位置计算任意时刻从星相对于主星的第一位置；测量从星上的标注物体在主星上成像面所成像的第二长度，根据所述第二长度、所述第一位置、所述成像距离以及所述第一长度确定从星和主星之间的相对距离。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置，包括：构建第一坐标系，其中，所述第一坐标系是指主星轨道坐标系，主星轨道坐标系用于描述从星相对于主星运动的坐标系；在所述第一坐标系下，根据星间通信计算初始时刻从星相对于主星的初始位置。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，构建第一坐标系，包括：将主星质心作为第一坐标系的原点，将第一坐标系中xy平面与主星所对应的轨道平面重合；设置第一坐标系中x轴方向为沿地球质心指向主星质心方向；z轴垂直xy平面，其方向与轨道动力量矩方向一致；根据右手法则确定y轴。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据CW方程以及初始位置计算任意时刻从星相对于主星的第一位置，包括：通过如下公式计算所述第一位置：其中，X
t
表示第一位置；X0表示初始位置；c()表示余弦函数；s()表示正弦函数；t
r
表示任意时刻和初始时刻之差。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述第二长度、所述第一位置、所述成像距离以及所述第一长度确定从星和...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，和星吉，郑亚茹，何艳超，杨志，于灵慧，白雪，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：