抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法及系统，考虑满足空间站和伴飞卫星观测视场约束，以及非合作目标观测预警区域约束条件，对空间站和伴飞卫星之间的编队构型进行设计，并结合相机扫描姿态变化规律，即可完成对空间站预警区域的快速覆盖扫描。以非合作目标的高低角和方位角作为观测量，建立了非合作目标运动参数识别滤波模型，对于可能存在空间非合作目标不满足可观测性的情况，调整空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型，重新获得良好的协同观测构型，从而提高可观测性，更贴近实际工况。更贴近实际工况。更贴近实际工况。

【技术实现步骤摘要】
抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及空间态势感知
，具体为抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法及系统。

技术介绍

[0002]随着空间目标数的不断增长，以及空间优势的不断竞争，全面感知空间态势信息成为了全球竞逐的目标之一。空间态势感知(SSA)包括对空间目标的探测、跟踪、识别，对空间事件的评估和预报等，是确保空间安全的基础，受到航天国家的高度重视。迄今为止，人类送入空间的物体超过26000个，地球轨道环境愈加复杂，为了避免航天器的碰撞，这需要对空间中以非合作目标为主的空间目标运动态势感知进行感知和预报。
[0003]获取空间目标的相对运动状态，可以通过星上自主测量完成，对非合作目标一般采用测距、测角或两种都测的方法。由于光学测角相机具有精度高、体积小、质量轻及功耗低等优点，针对抵近空间站的非合作目标位置参数识别问题可以采用这种仅测角方法。非合作目标观测的一般框架是先通过光学敏感器对目标进行观测，然后利用测量信息结算处相对位置参数，进而通过导航滤波算法确定目标的相对位置、相对速度等信息。
[0004]现有的技术大多可以实现对非合作目标的位置参数识别，但是在考虑工程实际的情况下，极少有针对可观测性较弱的情况进行机动处理和分析。因此考虑空间非合作目标可观测性的协同观测及目标位置参数确定具有很大的工程意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，以克服现有技术中极少有针对可观测性较弱的情况进行机动处理和分析，不满足实际工况的问题，
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]S1：扫描观测空间站飞行前方的预警区域；
[0009]S2：根据预警区域设计空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律；
[0010]S3：根据空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律进行协同观测，获取非合作目标的测角信息，并构建非合作目标运动参数的滤波模型；
[0011]S4：根据构建的非合作目标运动参数的滤波模型，利用UKF滤波算法确定非合作目标轨道参数；
[0012]S5：判断协同观测编队构型是否满足观测性条件，若满足，输出非合作目标轨道参数，若不满足，调整S2空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型，重复进行S3和S4直至满足观测性条件，输出非合作目标轨道参数。
[0013]优选地，S1中预警区域选定为空间站运行前方的半球区域。
[0014]优选地，S2中空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型设计的具体方法为：空间站与伴飞卫星之间的相对运动规律近似满足C
‑
W方程，对C
‑
W方程解析，通过设计空间站和伴飞卫星之间的相对轨道信息，得到空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型。
[0015]优选地，S2中相机姿态变化规律为：
[0016][0017]其中，γ
m
和θ
m
分别为相机视场中线的高低角和方位角，γ0和θ0为相机摆动范围的最大值，ω为相机摆动角速度，t为相机观测时间。
[0018]优选地，非合作目标的测角信息包括非合作目标的高低角和非合作目标的方位角。
[0019]优选地，非合作目标运动参数的滤波模型为：
[0020][0021]v
k
为量测噪声，[x
c
,y
c
,z
c
]为非合作目标在主航天器相机观测坐标系下视场中的观测矢量，[x
co
,y
co
,z
co
]为非合作目标在伴飞航天器相机观测坐标系下视场中的观测矢量，γ
c
为主航天器的高低角，θ
c
为主航天器的方位角，γ
co
为非合作目标的高低角，θ
co
为非合作目标的方位角。
[0022]优选地，S4中的UKF滤波算法流程包括Sigma采样、估计和更新。
[0023]优选地，S5中，调整S2空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律时不考虑燃料消耗。
[0024]优选地，不满足观测性的条件为，观测矢量夹角为[0,20
°
]或[160
°
,180
°
]。
[0025]抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别系统，基于上述抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，包括：
[0026]扫描模块：用于扫描观测空间站飞行前方的预警区域；
[0027]设计模块：用于根据预警区域设计空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律；
[0028]构建模块：用于根据空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律进行协同观测，获取非合作目标的测角信息，并构建非合作目标运动参数的滤波模型；
[0029]参数确定模块：用于根据构建的非合作目标运动参数的滤波模型，利用UKF滤波算法确定非合作目标轨道参数；
[0030]输出模块：用于判断协同观测构型是否满足观测性条件，若满足，输出非合作目标轨道参数，若不满足，调整空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型，直至满足观测性条件，输出非合作目标轨道参数。
[0031]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，针对空间站在运行过程中对周围区域的安全监视问
题，分析空间站非合作目标快速抵近情况，据此给出保障空间站安全规避前提下空间站
‑
伴飞卫星协同观测的预警区域，考虑满足空间站和伴飞卫星观测视场约束，以及非合作目标观测预警区域约束条件，对空间站与伴飞卫星之间的编队构型进行设计，并结合相机扫描姿态变化规律，即可完成对空间站预警区域的快速覆盖扫描。以非合作目标的高低角和方位角作为观测量，建立了非合作目标运动参数识别滤波模型，对于可能存在空间非合作目标不满足可观测性的情况，调整空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型，重新获得良好的协同观测构型，从而提高可观测性，更贴近实际工况。
[0032]同时，本专利技术提供了一种提供了一种抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别系统，可以满足上述方法的实现条件，提高可观测性。
附图说明
[0033]图1是本专利技术探测区域示意图；
[0034]图2是本专利技术伴飞卫星脉冲机动设计流程示意图；
[0035]图3是本专利技术伴飞卫星相对于空间站做自然飞行协同观测编队方案示意图；
[0036]图4是本专利技术伴飞卫星与空间站保持跟飞状态协同观测编队方案示意图；
[0037]图5是本专利技术预警区域扫描的蒙特卡洛仿真流程图；
[0038]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：扫描观测空间站飞行前方的预警区域；S2：根据预警区域设计空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律；S3：根据空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型和相机姿态变化规律进行协同观测，获取非合作目标的测角信息，并构建非合作目标运动参数的滤波模型；S4：根据构建的非合作目标运动参数的滤波模型，利用UKF滤波算法确定非合作目标轨道参数；S5：判断协同观测编队构型是否满足观测性条件，若满足，输出非合作目标轨道参数，若不满足，调整S2空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型，重复进行S3和S4直至满足观测性条件，输出非合作目标轨道参数。2.根据权利要求1所述的抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，S1中预警区域选定为空间站运行前方的半球区域。3.根据权利要求1所述的抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，S2中空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型设计的具体方法为：空间站与伴飞卫星之间的相对运动规律近似满足C
‑
W方程，对C
‑
W方程解析，通过设计空间站和伴飞卫星之间的相对轨道信息，得到空间站与伴飞卫星之间的协同观测编队构型。4.根据权利要求1所述的抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，S2中相机姿态变化规律为：其中，γ
m
和θ
m
分别为相机视场中线的高低角和方位角，γ0和θ0为相机摆动范围的最大值，ω为相机摆动角速度，t为相机观测时间。5.根据权利要求1所述的抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，非合作目标的测角信息包括非合作目标的高低角和非合作目标的方位角。6.根据权利要求1所述的抵近空间站的非合作目标协同探测及参数识别方法，其特征在于，非合作目标运动参数的滤波模型为：v
k
为量测噪声，[x
c
,y
c
,z

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冲，孙永庆，于晓洲，常浩，方群，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：