[发明专利]一种航天器三超控制宽频多源多级的协同定姿方法及系统

权利要求书

1.一种航天器三超控制宽频多源多级的协同定姿方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)建立追踪航天器指向目标航天器的姿态参考坐标系；

(2)建立追踪航天器、目标航天器轨道动力学方程，通过轨道外推计算追踪航天器与目标航天器在地心惯性系下的位置矢量和速度矢量；

(3)在步骤(2)的基础上，建立地心惯性系下追踪航天器与目标航天器相对轨道动力学方程；

(4)建立航天器姿态动力学模型；

(5)通过滤波估计追踪航天器与目标航天器之间的相对位置和相对速度，具体为：

(5.1)将地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对轨道动力学方程离散化，得到离散化系统方程；

(5.2)利用航天器配置的相对测量敏感器获得地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置与相对速度相关的测量量，得到量测方程：

其中，Z_k为测量量；ρ_lk＝[x_lk y_lk z_lk]^T为k时刻追踪航天器与目标航天器之间的相对位置在姿态参考坐标系的表达，且ρ_lk＝C_biρ_ik，C_bi为航天器本体系相对于地心惯性系的姿态余弦阵，||ρ_lk||为ρ_lk的大小；α_k和β_k为k时刻的视线角，V_k为量测噪声；

(5.3)根据离散化系统方程和量测方程，通过滤波估计地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置和相对速度；

具体为

(5.3.1)利用状态方程对相对位置与相对速度进行一步预测；

(5.3.2)引入渐消因子来更新相对位置与相对速度预测协方差阵，采用次优算法计算渐消因子；

(5.3.3)更新滤波增益；

(5.3.4)更新相对位置与相对速度估计值；

(5.3.5)更新相对位置与相对速度估计协方差阵；从而得到地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置以及地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对速度；

(6)通过追踪航天器与目标航天器之间的相对位置估计，计算追踪航天器与目标航天器相对姿态信息；

所述的通过追踪航天器与目标航天器之间的相对位置估计，计算追踪航天器与目标航天器相对姿态信息，具体为：

追踪航天器指向目标航天器的z轴表示为：为滤波估计获得的地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置；

追踪航天器指向目标航天器的y轴表示为：s_i为太阳光线矢量在地心惯性系投影；

追踪航天器指向目标航天器的x轴表示为：x＝y×z；

则追踪航天器指向目标航天器的目标姿态方向余弦阵表示为：

C_si＝[x y z]^T

追踪航天器指向目标航天器的相对目标姿态在本体坐标系下的表达为：

q_sb＝dcm2quat(C_sb)

其中，dcm2quat为方向余弦阵与四元数之间的转换函数，q_sb为追踪航天器指向目标航天器的目标四元数；

(7)通过追踪航天器与目标航天器之间的相对位置和相对速度估计，计算追踪航天器与目标航天器视线角速度信息，从而完成航天器三超控制宽频多源多级的协同定姿；具体为：

其中，为滤波估计获得的地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置，为滤波估计获得的地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对速度。

2.根据权利要求1所述的一种航天器三超控制宽频多源多级的协同定姿方法，其特征在于：定义姿态参考坐标系z轴为为滤波估计获得的地心惯性系下追踪航天器与目标航天器之间的相对位置；定义姿态参考坐标系y轴为s_i为太阳光线矢量在地心惯性系投影。