基于星载双目观测的航天器及空间目标自主定轨

• 作 者: 吴小婧
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 航天器飞行 自主定轨 光学敏感器 双目共视

获取航天器的绝对和相对状态(位置与速度)信息对于航天器执行飞行任务具有重要意义。到目前为止，依靠地面测控站进行航天器轨道确定，仍是获取航天器位置信息的主要手段。航天任务的发展对航天器提出了自主性要求，一般需要利用航天器自身携带的观测设备实现自主定轨。本文研究了基于双目观测的航天器及空间目标自主定轨问题，包括两个问题，其一是航天器利用自身光学设备分别观测地球与恒星，即双目各自观测参考天体的方位来确定自身轨道；其二为利用航天器编队中两颗合作航天器对空间非合作目标进行双目观测从而确定其相对运动状态，即双目共视同一个目标并确定其轨道。　　
本文首先回顾了经典的最小二乘与动力学滤波的参数估计方法、航天器轨道运动、相对运动模型等基础知识。接着，对光学敏感器测量模型与测量精度进行了分析，给出了两种双目观测形式的几何测量模型。在测量模型、运动模型以及参数估计方法基础上，研究了基于光学敏感器的航天器自主定轨方法，对基于敏感地平和参考恒星的航天器自主定轨问题进行了分析与仿真，并考虑了在沿轨道速度方向连续小推力作用期间的航天器自主定轨；研究了两航天器编队对空间目标的自主定轨方法，对基于双目共视的空间目标相对状态确定问题进行了分析与仿真。同时，给出了上述两种方式的定轨精度仿真结果。研究表明，本文建立的双目观测测量模型与扩展卡尔曼滤波方法能够有效地实现航天器及空间目标的自主定轨。双目观测简单实用，可以推广应用于空间任务。