[发明专利]基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法

说明书

本发明公开的基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法，属于航天领域。本发明实现方法如下：在航天器环绕中心天体飞行过程中，建立航天器相对于中心天体的轨道动力学模型，构建星群光学观测协同系统的状态模型；基于星群对目标航天器的相对视线矢量方向测量，融合多颗观测星对目标星的观测信息，建立定轨系统的观测模型；结合建立的星群光学观测定轨系统状态模型，以及建立的星群光学观测定轨系统观测模型，采用非线性导航滤波算法对目标星的位置进行估计，同时修正n颗观测星的轨道参数，即实现基于星群对空间目标光学观测的协同定轨。本发明能够提高对空间目标的光学定轨精度，为未来空间目标观测跟踪提供技术参考。

技术领域

本发明涉及一种基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法，属于航天领域。

背景技术

在航天器环绕中心天体飞行过程中，需要对空间目标进行观测跟踪并估计其轨道，同时对自身的轨道参数加以修正，从而保证空间任务的顺利开展。考虑到部分空间目标航天器对于观测航天器而言是非合作目标，他们之间无法进行信息交换，故光学观测是最佳的观测策略。观测航天器携带的星载光学相机对目标航天器进行拍摄，结合自身惯性姿态信息确定目标相对于观测星在惯性系下的视线方向，以相对视线方向为观测量，结合航天器相对于中心天体的轨道动力学模型，估计目标航天器的位置和速度，同时可以修正观测航天器的轨道参数。而单星光学观测的协同定轨存在着定轨效率低、定轨精度不足甚至在某些几何构型下不能定轨的问题。

发明内容

本发明公开的基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法要解决的技术问题为：在航天器环绕中心天体飞行过程中，n颗观测星同时对空间目标进行光学观测，融合多颗观测星对目标星的观测信息，对空间目标的位置和速度进行估计，同时修正n颗观测星的轨道参数，即实现基于星群对空间目标光学观测的协同定轨，并提高对空间目标的光学定轨精度，为未来空间目标观测跟踪提供技术参考。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法，建立航天器相对于中心天体的轨道动力学模型，进而构建星群光学观测协同定轨系统的状态模型。基于星群对目标航天器的相对视线矢量方向测量，融合多颗观测星对目标星的观测信息，建立定轨系统的观测模型。结合建立的星群光学观测定轨系统状态模型，以及建立的星群光学观测定轨系统观测模型，采用非线性导航滤波算法对目标星的位置进行协同估计，同时修正n颗观测星的轨道参数，即实现基于星群对空间目标光学观测的协同定轨。

本发明公开的基于星群对空间目标光学观测的协同定轨方法，包括如下步骤：

步骤1：基于航天器相对于中心天体的二体动力学模型，构建星群光学观测协同定轨系统的状态模型。

航天器在轨运行时，考虑航天器与中心天体的二体模型，轨道动力学模型如式(1)所示。

式中，r_i(i＝1,2,…,n)为第i颗观测星相对于中心天体的位置矢量，v_i(i＝1,2,…,n)为第i颗观测星相对于中心天体的速度矢量，r_t为目标星相对中心天体的位置矢量，v_t为目标星相对中心天体的速度矢量。则协同定轨的系统状态模型如式(2)所示。

步骤2：基于星群对目标航天器的相对视线矢量方向测量，融合多颗观测星对目标星的观测信息，建立定轨系统的观测模型。

定轨过程中，每颗观测星分别对目标星进光学观测，获得目标星相对于观测星的视线矢量方向信息，融合多颗观测星对目标星的观测信息的光学观测模型如式(3)所示。

式中，υ_i(1＝1,2,…,n)分别为每颗观测星对目标星测量视线方向的观测误差。由式(3)得到星群对空间目标光学观测的协同定轨方法观测模型，如式(4)所示。