[发明专利]一种光学测量高轨慢旋失稳目标的编队卫星相对消旋系统及方法

说明书

本发明涉及一种光学测量高轨慢旋失稳目标的编队卫星相对消旋系统及方法，光学信息测量和处理模块完成对高轨慢旋失稳目标的光学成像，并从序列图象中连续提取目标亮度、目标在图像的大小和位置信息；编队卫星动力学模块实现编队卫星对目标的联合相对消旋运动，实时测量和计算编队卫星间的相对距离；目标运动信息反演模块完成目标到编队卫星的相对距离实时解算、目标相对编队卫星的相对速度计算、目标在编队卫星光学载荷下的自旋信息统计反演及自适应加权计算，得到目标的自旋周期；编队卫星相对消旋制模块实时计算多脉冲控制数量，编队卫星的实际速度矢量和期望速度矢量，生成编队卫星相对消旋期望脉冲控制指令。

技术领域

本发明涉及天基目标探测、识别及跟踪技术，面向空间在轨服务任务领域，确切的说是一种面向慢旋失稳目标的编队双卫星相对消旋系统。

背景技术

高轨空间慢旋失稳目标是一类失控的故障卫星平台对象，表现在运动形式上就是在自身轨道上绕特定转轴以一定角速度进行旋转。相对消旋是一种相对运动描述，主要是为了实现观测平台对目标模型的特定面连续观测。该运动主要包括三个特点：一是观测平台在相对于目标的轨道上绕目标旋转，且轨道角速度与目标自转角速度一致，二是观测平台、目标的相对轨道法线方向与目标自转轴方向重合；三是观测平台的观测转轴始终指向目标。高轨空间慢旋失稳目标往往表现为非合作特点，且高轨空间可利用信息少，现阶段国内外对高轨故障卫星持续观测和跟踪还没有很好的解决办法。本方法利用直线编队双卫星，基于慢旋失稳目标的周期性运动特点，通过直线编队双卫星的持续光学测量，获取和反演卫星、目标的相对距离、相对速度、自旋速度等信息，并基于以上信息，生成控制指令，实现目标的受控绕飞和相对消旋。

空间领域常用的消旋方式有绳系消旋、网捕获消旋、机械手控消旋、激光消旋、电磁消旋等方式，绳系消旋、网捕获消旋、机械手控消旋本质属于接触式消旋，激光消旋属于非接触式消旋，但都是通过输入外力矩控制目标的姿态运动，电磁消旋是非接触式消旋，但作用力矩数量小，任务执行周期长。并且上述几种方式中需要多类功能载荷配合完成，功耗消耗大，对卫星的要求较高。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对于现阶段面向高轨故障目标可利用信息少，并且高轨观测平台可利用的探测载荷受限的情况下，无法获取有效的相对运动信息的情况，提供一种光学测量高轨慢旋失稳目标的编队卫星相对消旋系统及方法，并完成编队卫星对目标的相对消旋控制，且仅需要编队卫星应用光学载荷完成，对卫星要求低、消旋效率高且作用距离远，是一种对空间目标特定部位持续观测的很好手段。

本发明技术解决方案：光学测量高轨慢旋失稳目标的编队卫星相对消旋系统，包括光学信息测量和处理模块、目标运动信息反演模块、编队卫星相对消旋模块、编队卫星及目标动力学模块；其中：

光学信息测量和处理模块，完成对高轨慢旋失稳目标的光学成像，并从序列图象中连续提取目标亮度、目标在图像的大小和位置信息，得到目标的亮度变化曲线、目标像平面的位置坐标，并提供给目标运动信息反演模块；

目标运动信息反演模块，根据光学信息测量和处理模块得到的亮度变化曲线、目标在像平面的位置坐标，编队卫星及目标动力学模块输入的编队卫星间的相对距离，完成目标到编队卫星的相对距离实时解算、目标相对编队卫星的相对速度计算、目标在编队卫星光学载荷下的自旋信息统计反演及自适应加权计算，得到目标的自旋周期，并输出给编队卫星相对消旋模块；

编队卫星相对消旋模块，接收目标运动信息反演模块得到的目标运动信息反演模块得到自旋周期，目标和编队卫星的相对距离、目标和编队卫星的相对速度，以及编队卫星相对消旋期望共振比，实时计算多脉冲控制数量，编队卫星的实际速度矢量和期望速度矢量，生成编队卫星相对消旋期望脉冲控制指令，输入编队卫星及目标相对动力学模块；

编队卫星及目标动力学模块，仿真执行相对消旋脉冲控制指令，并通过状态转移计算，实现编队卫星对目标的联合相对消旋运动，通过星间通信，实时测量和计算编队卫星间的相对距离，并输出给目标运动信息反演模块；