【技术实现步骤摘要】
本专利涉及空间交会以及态势感知领域，具体涉及一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，针对空间成像任务要求进行技术分解，设计满足成像约束条件的交线点参数。
技术介绍
1、随着航天器、火箭箭体、空间碎片等在轨空间目标数量的不断增加，空间环境不断恶化，对航天器的正常运行、后续航天任务和未来航天事业的发展构成了严重、持续且广泛的威胁。为了确保空间资产安全、充分利用空间，充分了解空间目标与环境综合信息并最终获取空间态势已经成为世界各国空间力量建设的终极目标。
2、空间态势感知系统的重要用途之一为对空间目标进行成像，如果依靠自然交会的方式进行成像，受空间动力学和物理位置约束，极有可能无法获得期望的目标图像。因此航天器通过机动变轨与目标交会是一种可靠且受控的成像方式，这也意味着可以通过设计控制策略使得航天器与目标在交线点满足任务需要的相对位置，获取期望的目标信息。
3、对于可见光载荷而言，航天器与目标在交线点的相对位置决定了能否获得期望的目标图像信息。充分考虑空间轨道运行规律以及航天器载荷参数约束，什么样的相对位置可以使得航天器进行机动变轨后依然可以在交线点满足对目标进行成像的条件并且符合任务需求，是交线点参数设计的难题，也是本专利要解决的问题之一。
4、满足成像任务约束的航天器与目标在交线点的相对位置(即交线点参数)一般有很多组，交线点参数的优劣如何评价，以及如何从多组交线点参数选择一组合理且任务最优的参数是本专利要解决的问题之一。
5、通过对近期相关领域的调研，对于空间交会研究最多的
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，利用解析公式求解满足成像条件的交线点参数，并且基于聚类算法筛选出最优的交线点参数。
2、本专利技术的技术方案是：一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，根据空间交会成像任务需求，考虑主动航天器姿态以及载荷约束，给出所有满足条件的交线点参数，并基于聚类算法筛选出最优的交线点参数；所述交线点参数的定义为主动航天器与目标卫星在交线点的高度差和相位差。
3、进一步的，具体步骤如下：
4、步骤一、根据空间交会成像任务需求，设定主动航天器在交线点与目标卫星的高度差和相位差搜索范围，并根据主动航天器和目标卫星的轨道参数计算主动航天器与目标卫星在交线点的位置和速度；
5、步骤二、根据主动航天器和目标卫星在交线点的相对位置，考虑主动航天器姿态和载荷工作约束，判断该交线点参数能否满足任务需求，如果满足任务需求，则认为该组交线点参数可行并存储在可行解矩阵中。
6、步骤三、考虑摄动迭代对最终交会精度的影响，对所有交线点参数可行解采用聚类算法得到最优交线点参数。
7、进一步的，步骤一具体如下：
8、假定主动航天器在交线点与目标卫星的高度差和相位差为(δh,δf)，则主动航天器和目标卫星在交线点的位置和速度的计算方法如下：
9、(a)确定主动航天器和目标卫星的交线点纬度幅角；
10、依据球面三角形邻近四元素公式得到：
11、
12、
13、式中，usc为主动航天器的交会点纬度幅角，utc为目标卫星的交会点纬度幅角，ωs为主动航天器升交点赤经，ωt为目标卫星升交点赤经，is为主动航天器倾角，it为目标卫星倾角；
14、(b)确定主动航天器和目标卫星的纬度幅角变化率；
15、
16、
17、式中，us为主动航天器的纬度幅角，ut为目标卫星的纬度幅角，rs为主动航天器的地心距，rt分别为目标卫星的地心距；
18、(c)确定交线点前后的纬度幅角；
19、
20、
21、
22、
23、式中，usc为主动航天器在交会点的纬度幅角，utc为目标卫星在交会点的纬度幅角，δf为在交会点主动航天器和目标卫星的真近点角差，δt为运行时间，us0为主动航天器计算的起始时刻的纬度幅角，ut0为目标卫星计算的起始时刻的纬度幅角，usf为主动航天器计算的末端时刻的纬度幅角，utf为目标卫星计算的末端时刻的纬度幅角；
24、(d)已知交线点的目标轨道矢径为rt，rs＝rt+δh，由此得到交线点附近主动航天器的位置和速度；
25、rsx＝rs(cosωscosus-sinωscosissinus)
26、rsy＝rs(sinωscosus+cosωscosissinus)
27、rsz＝rs(sinissinus)
28、
29、
30、
31、式中，rsx为主动航天器j2000系下x方向的位置，rsy为主动航天器j2000系下y方向的位置，rsz为主动航天器j2000系下z方向的位置，vsx为主动航天器j2000系下x方向的速度，vsy为主动航天器j2000系下y方向的速度，vsz为主动航天器j2000系下z方向的速度；
32、同理可得交会点附近目标卫星的位置和速度：rvt＝[rtx,rtx,rtz,vtx,vtx,vtz]，rtx为目标j2000系下x方向的位置，rty为目标j2000系下y方向的位置，rtz为目标j2000系下z方向的位置，vtx为目标卫星j2000系下x方向的速度，vty为目标卫星j2000系下y方向的速度，vtz为目标卫星j2000系下z方向的速度。
33、进一步的，步骤二具体如下：主动航天器对目标卫星接近成像的约束如下：成像距离小于载荷最大成像距离约束，方位角和俯仰角在航天器转动机构最大工作角度范围内，太阳角和地球角满足最低成像角度约束；
34、具体筛选方法如下式：
35、
36、式中，rmax为主动航天器和目标卫星的相对距离最大值；
37、θmin,θmax分别为方位角的最小值和最大值，方位角指目标卫星相对主动航天器vvlh坐标系下的方位；
38、分别为俯仰角的最小值和最大值，俯仰角指目标卫星相对主动航天器vvlh坐标系下的俯仰；
39、分别为方位角角速度的最小值和最大值；
40、分别为俯仰角角速度的最小值和最大值；
41、αmin为太阳角的最小值，太阳角定义为目标卫星指向主动航天器矢量与目标卫星指向太阳矢量的夹角；
42、βmin为地气角的最小值，地气角为地气光的夹角，指的是主动航天器指向地心矢量与主动航天器指向目标卫星矢量的夹角；
43、如果有满足上述条件的解，则认为该组交线点参数(δh,δf)满足成像条件，将其存储在可行解矩阵[(δhi,δfi)]中。
44、进一步的，步骤三具体如下：考虑空间摄动力对最终成像效果的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于：根据空间交会成像任务需求，考虑主动航天器姿态以及载荷约束，给出所有满足条件的交线点参数，并基于聚类算法筛选出最优的交线点参数；所述交线点参数的定义为主动航天器与目标卫星在交线点的高度差和相位差。
2.根据权利要求1所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，步骤一具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，步骤二具体如下：主动航天器对目标卫星接近成像的约束如下：成像距离小于载荷最大成像距离约束，方位角和俯仰角在航天器转动机构最大工作角度范围内，太阳角和地球角满足最低成像角度约束；
5.根据权利要求4所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，步骤三具体如下：考虑空间摄动力对最终成像效果的影响，交线点参数应该选择可行解矩阵[(Δhi,Δfi)]中聚集的点，即选取的(Δh,Δf)周
6.根据权利要求5所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，采用聚类算法中的均值漂移算法对最优(Δh,Δf)进行求解步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于：根据空间交会成像任务需求，考虑主动航天器姿态以及载荷约束，给出所有满足条件的交线点参数，并基于聚类算法筛选出最优的交线点参数；所述交线点参数的定义为主动航天器与目标卫星在交线点的高度差和相位差。
2.根据权利要求1所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，具体步骤如下：
3.根据权利要求2所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，步骤一具体如下：
4.根据权利要求3所述的一种获取空间异面目标交会成像的最优交线点的方法，其特征在于，步骤二具...
【专利技术属性】
技术研发人员：姬聪云，胡海鹰，周美江，吴宅莲，郑珍珍，孙宁，万松，冯晗，景镇，颜九妹，董磊，
申请(专利权)人：中国科学院微小卫星创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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