[发明专利]一种用于卫星编队的星间相对观测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于卫星编队的星间相对观测方法，属于卫星编队飞行空间测量技术领域。

背景技术

卫星编队一般是由一颗参考卫星(或称主星)和若干伴随卫星(或称从星)组成，编队中所有卫星协同工作完成单颗卫星难以完成的空间观测任务。卫星编队飞行导航是研究编队飞行的关键技术之一，导航任务的完成质量依赖于精确的星间相对状态信息，只有得到精确编队卫星的相对位置和速度关系，才能够采用合适的控制策略来进行构型控制。

近几年，随着卫星编队飞行在精度、任务区域的改变，国内外学者对卫星编队飞行星间相对测量技术进行了大量研究，主要包括：(1)利用GNSS进行测量的半自主导航技术；该技术需要依靠GNSS信号，易受干扰。(2)针对中高轨道卫星编队任务导航信号缺失的情况，提出采用星间无线电导航方案；虽然其测量精度高，作用距离远方，定位时间短，但无线电波容易受到空间环境干扰。(3)视觉测量是随着卫星编队飞行任务深空化、自主化的发展趋势而产生的，由于其低成本、易实现等优点，在解决近距离高精度的相对位姿参数的确定问题中发挥着重要作用，但由于特征点提取困难且抗遮挡能力较差，其不适合中远程卫星编队相对导航。到目前为止，国内外已经发表了较多的星间相对测量任务，这些任务大多采用光学相对测量技术进行相对位置和姿态测量，也有采用差分GPS和无线电微波雷达测量技术相结合的方案。

当多颗卫星编队飞行时，卫星数目往往较多，单纯采用单星自主导航方法往往忽略了编队飞行中星间相对运动的信息。充分利用星间运动规律，采用星间相对测量进行相对自主导航研究逐渐成为研究的热点，现在卫星编队任务对于相对位置测量精度的要求已经达到厘米级甚至毫米级。

综上所述，为了对卫星进行编队飞行、定点保持以及共位控制，必须能实时获得卫星的位置和姿态信息，并且不能对临星产生干扰，因此这就使得研究卫星编队飞行过程中新的星间观测技术显得迫切重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种用于卫星编队的星间相对观测方法，可快速准确地实现卫星编队中任意两颗卫星之间的相对观测。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种用于卫星编队的星间相对观测方法，观测卫星上设置有星敏感器；在满足星敏感器观测条件的情况下，观测卫星以被观测卫星作为所述星敏感器的相对方位测量参考源，利用所述星敏感器对被观测卫星相对于观测卫星的单位方向矢量进行测量，然后结合利用星间链路测量得到的被观测卫星与观测卫星之间的距离，计算出被观测卫星相对于观测卫星的方向矢量。

进一步地，根据卫星编队的预设任务参数判断所述星敏感器观测条件是否得到满足，所述星敏感器观测条件具体如下：

条件一、观测卫星与被观测卫星之间的距离在所述星敏感器的有效观测距离范围内；

条件二、被观测卫星处于太阳光照区；

条件三、地球可以进入所述星敏感器的视场；

条件四、被观测卫星的亮度大于所述星敏感器的最小可观测亮度；

条件五、被观测卫星处于所述星敏感器的视场内；

条件六、观测卫星与被观测卫星之间连线可完全投影在所述星敏感器的二维像面阵上。

优选地，判断条件二是否得到满足的方法如下：设被观测卫星的位置矢量r⁽¹⁾与太阳的位置矢量r^(sun)之间夹角为ψ，被观测卫星进入和离开地球阴影范围的临界夹角为ψ_cri，则被观测卫星处于太阳光照区需要满足条件：

ψ＜ψ_cri。

优选地，判断条件三是否得到满足的方法如下：设观测卫星的位置矢量r⁽⁰⁾与被观测卫星相对于观测卫星的方向矢量δr⁽¹⁰⁾之间的夹角为θ，与地球边缘相切的两条被观测卫星相对于观测卫星的方向矢量δr⁽¹⁰⁾间的夹角为θ_cri，则地球可以进入所述星敏感器的视场的条件为：

θ＞θ_cri。

优选地，判断条件五是否得到满足的方法如下：设被观测卫星相对于观测卫星的方向矢量δr⁽¹⁰⁾与星敏感器光轴指向矢量夹角为星敏感器视场角为FOV，则被观测卫星处于所述星敏感器的视场内需要满足条件：