[发明专利]一种用于空间站舱外机动监视器的导航、控制与成像系统

摘要

一种用于空间站舱外机动监视器的导航、控制与成像系统，主要由相对导航测量子系统、姿态与轨迹控制子系统、监视成像子系统组成。相对导航测量子系统包括前向相机、侧向相机、标志器阵列、GPS接收机。姿态与轨迹控制子系统包括陀螺、推力器组件、控制计算机。监视成像子系统包括数码相机、CMOS相机以及相对导航子系统中的前向相机和侧向相机。上述部组件中，除控制计算机外，均采用微小型化部件。通过本发明系统，可以使得空间站舱外机动监视器在满足体积、重量、能耗等约束的条件下，实现对航天员出舱活动进行监视、对空间站对接端进行探测、对空间站交会对接过程进行监测、对典型位置近距离拍照探测。

主权项

一种用于空间站舱外机动监视器的导航、控制与成像系统，其特征在于包括：前向相机、侧向相机、标志器阵列、陀螺、GPS接收机、推力器组件、控制计算机、数码相机和CMOS相机，其中：前向相机：安装在空间站舱外机动监视器的前端，用于获取空间站舱外机动监视器前方的图像信息；侧向相机：安装在空间站舱外机动监视器的两侧，用于获取空间站舱外机动监视器前进过程中两侧的图像信息；标志器阵列：安装于空间站上需要监视的区域作为导航测量的标志；陀螺：正交安装在空间站舱外机动监视器本体坐标系三轴的方向上，测量空间站舱外机动监视器的绝对角速度在空间站舱外机动监视器本体坐标系三个坐标轴上的分量；所述的空间站舱外机动监视器本体坐标系的原点位于空间站舱外机动监视器的质心，X轴正方向为前向相机的光轴指向，Y轴正方向为侧向相机的光轴指向，Z轴与X轴和Y轴满足右手定则；GPS接收机：安装在空间站舱外机动监视器上，与安装在空间站上的GPS接收机构成差分GPS测量系统，确定空间站舱外机动监视器相对于空间站的相对位置和相对速度；推力器组件：作为空间站舱外机动监视器姿态控制和轨迹控制的执行机构；数码相机和CMOS相机：对空间站进行静止黑白和彩色照片拍摄，获取空间站的影像；控制计算机：利用前向相机和侧向相机所成的影像进行相对导航测量，当前向相机和侧向相机所成的影像中包含有标志器阵列时，通过单目或双目导航算法确定空间站与空间站舱外机动监视器的相对距离和相对方位，当前向相机和侧向相机所成的影像中未包含有标志器阵列时，通过超近距离特征遗传算法确定空间站与空间站舱外机动监视器的相对距离和相对方位；对陀螺的直接测量量进行积分，得到空间站舱外机动监视器本体坐标系相对惯性坐标系的姿态 角，通过相平面控制算法对空间站舱外机动监视器的三轴姿态进行控制；利用差分GPS测量系统输出的空间站与空间站舱外机动监视器在惯性坐标系中的相对位置和相对速度，或者利用前向相机和侧向相机所成的影像进行解算得到的空间站与空间站舱外机动监视器在惯性坐标系中的相对位置和相对速度，对空间站舱外机动监视器进行轨迹控制。