[发明专利]一种基于多星协同的空间碎片运动状态联合确定方法

权利要求书

1.一种基于多星协同的空间碎片运动状态联合确定方法，其特征在于步骤如下：

(1)选择主观测卫星相对于空间碎片的相对姿态四元数、空间碎片相对于惯性系的角速率、主观测卫星相对于空间碎片的相对位置矢量，以及主观测卫星相对于空间碎片的相对速度矢量作为状态变量；

(2)采取多颗观测卫星组网的方式实施空间碎片观测，利用多颗观测卫星上的双目立体视觉相对测量敏感器，获取空间碎片上的特征点位置矢量的观测量；

(3)利用扩展卡尔曼滤波算法处理步骤(2)中得到的空间碎片上的特征点位置矢量观测量，获得状态变量的估计值，即主观测卫星相对于空间碎片的相对姿态四元数、空间碎片相对于惯性系的角速率、主观测卫星相对于空间碎片的相对位置矢量，以及主观测卫星相对于空间碎片的相对速度矢量的估计值，从而实现基于多星协同的空间碎片运动状态联合确定；

所述步骤(1)中状态变量为：

其中，q_sf＝[q_sf1 q_sf2 q_sf3 q_sf4]^T表示主观测卫星相对于空间碎片的相对姿态四元数，ω_f＝[ω_fx ω_fy ω_fz]^T表示空间碎片相对于惯性系的角速率，ρ＝[ρ_x ρ_y ρ_z]^T表示主观测卫星相对于空间碎片的相对位置矢量，表示主观测卫星相对于空间碎片的相对速度矢量；观测卫星网络中的观测卫星数设为4个；

所述步骤(2)中空间碎片上的特征点位置矢量的观测量为：

y＝h(x)+v

其中，y表示空间碎片上的特征点位置矢量的观测量；h(x)表示观测函数；A(q_js)表示从主观测卫星本体坐标系到观测卫星网络中第j颗观测卫星本体坐标系的姿态转换矩阵，根据主观测卫星与第j颗观测卫星的相对姿态四元数q_js计算得到，下标j＝1,2,...,L，用于区分不同的观测卫星；A(q_sf)表示从空间碎片本体坐标系到主观测卫星本体坐标系的姿态转换矩阵，根据相对姿态四元数q_sf计算得到；p_inj表示第j个特征点在空间碎片本体坐标系中的位置矢量；表示从空间碎片轨道坐标系到主观测卫星本体坐标系的姿态转换矩阵；r_js表示主观测卫星与第j颗观测卫星的相对位置矢量，v表示测量噪声。

2.根据权利要求1所述一种基于多星协同的空间碎片运动状态联合确定方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过扩展卡尔曼滤波算法处理空间碎片上的特征点位置矢量观测量，获得状态变量的估计值具体为：

其中，为t_k-1时刻状态变量的估计值，和分别为t_k时刻状态变量的估计值和预测值，为已知的状态转移函数，T为滤波周期，K(t_k)为滤波增益阵，y(t_k)为t_k时刻的观测量。