[发明专利]一种卫星相对小行星视觉自主导航方法

权利要求书

1.一种卫星相对小行星视觉自主导航方法，其特征在于，步骤如下：

(1)以目标小行星为跟踪观测对象，根据小行星星历，设计卫星理论飞行轨道参数；

(2)根据地心惯性坐标系下卫星相对目标小行星轨道动力学模型，建立自主导航系统状态模型；过程如下：

在地心惯性坐标系下，当卫星位置距离大于小行星与卫星相对距离的时候，建立卫星相对目标小行星轨道动力学模型

其中，δr^(Ast0)和δv^(Ast0)为小行星相对卫星理论方向矢量，r⁽⁰⁾和r^(Ast)为卫星和小行星位置矢量，μ_e为地球引力常数，a_f为摄动力影响；

定义状态变量x＝[(δr^(Ast0))^T(δv^(Ast0))^T]^T，建立自主导航系统状态模型；

其中，f()为系统非线性连续状态转移函数，x_t为t时刻的状态变量x，u_t为t时刻的输入向量，w_t为t时刻的状态噪声；

(3)根据计算的卫星和小行星相对距离，判断是否满足星敏感器观测距离要求，满足则进入步骤(4)，否则进入步骤(12)；

(4)根据解算的太阳、地球和小行星三者位置关系，判断小行星是否处在太阳光照区，是则进入步骤(5)，否则进入步骤(12)；

(5)根据解算的太阳、卫星和小行星三者位置关系，判断地球是否进入星敏感器视场，是则进入步骤(6)，否则进入步骤(12)；

(6)根据计算的小行星可视星等，判断小行星可视星等是否小于星敏感器可观测阈值，是则进入步骤(7)，否则进入步骤(12)；

(7)根据计算的小行星相对卫星理论方向矢量与星敏感器光轴指向夹角，判断小行星是否在星敏感器视场范围内，是则进入步骤(8)，否则利用万向轴调整星敏感器光轴指向后，继续判断小行星是否在星敏感器视场范围内，是则进入步骤(8)，否则进入(12)；

(8)根据计算的小行星在星敏感器二维像面阵坐标，判断小行星是否在星敏感器二维像面阵内，是则进入步骤(9)，否则进入步骤(12)；

(9)在满足上述观测条件基础上，计算小行星相对卫星理论方向矢量和方位角与俯仰角；

(10)调整星敏感器真实光轴指向与理论方向矢量一致，对小行星进行真实观测，建立以单位方向矢量和距离为观测量的观测方程，进入步骤(11)；

(11)对所建立的状态模型和观测方程离散化，利用Unscented卡尔曼滤波算法估计卫星位置和速度；

(12)计算结束。

2.根据权利要求1所述的卫星相对小行星视觉自主导航方法，其特征在于：所述步骤(1)中的设计卫星理论飞行轨道参数具体包括轨道半长轴a、轨道偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω和过近地点时刻t_p。

3.根据权利要求1所述的卫星相对小行星视觉自主导航方法，其特征在于：所述步骤(3)中判断小行星是否满足星敏感器观测特定距离要求过程如下：

计算卫星相对小行星距离δr^(Ast0)，判断其是否满足条件

L_min≤δr^(Ast0)≤L_max (3)

其中，δr^(Ast0)＝|δr^(Ast0)|＝|r^(Ast)-r⁽⁰⁾|，r⁽⁰⁾和r^(Ast)为卫星和小行星位置矢量；L_min和L_max为星间观测所需最小距离和最大距离。