基于两步估计的空间非合作目标相对轨道确定方法研究-论文.pdf

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1、航天控制Jun．2014·38·V01．32．No．3AerospaceControl基于两步估计的空间非合作目标相对轨道确定方法研究车汝才北京控制工程研究所，北京100190摘要研究运行于椭圆轨道的卫星相对轨道确定问题，适用于配置有非合作测量敏感器的卫星。首先给出了以相对运动状态描述的椭圆轨道相对运动方程(T—H方程)，并给出了解析解；其次根据星间测量几何关系对应的测量方程，提出一种新的基于两步估计的相对轨道确定方法；最后通过数学仿真对算法的有效性进行了验证。关键词两步估计；非合作目标；相对轨道确定；椭圆轨道

2、；卫星中图分类号：V448文献标识码：A文章编号：1006—3242(20l4)03-0038-06TheRelativeOrbitDeterminationforNon-·cooperativeTargetBasedonTwo——stepEstimatorCHERucaiBeijingInstituteofControlEngineering，Beijing100190，ChinaAbstractTherelativeorbitdeterminationofellipticorbitsatelliteisdi

3、scussedinthispaper，anditcanbeusedforthenon—cooperativetargetmeasuringandtracking．Firstly，therelativemotionbetweenthechaserandtargetarbitraryellipticorbitisdescribedbyusingTschauner—Hempelequations．Thehomogenoussolutionoftheseequationscanbeobtainedduetotheecc

4、entricanomaly．Secondly，basedonthethegeo-metricrelationbetweenthechaserandthetarget，anewtwo—stepestimatorispresentedfortherelativeorbitdetermination．Thesimulationresultsshowtheeffectivenessofthisproposedmethod．KeywordsTwo—stepestimator；Non—cooperativetarget；R

5、elativeorbitdetermination；Ellipticalorbit；Satellite对空间非合作目标跟踪飞行可以进行实时观测提供重要的依据。利用相对距离、方位角和俯仰角或监视⋯，国外很早就开展了相关研究，如美国XSS测量信息来确定相对轨道信息，已有很多学者开展系列卫星具有自主交会对接、轨道监视、以及围绕目了研究，如文献[4—5]分别针对圆轨道C—W方程标近距离机动等能力，美国AeroAstro公司提出的利用Kalman滤波和EKF算法研究了编队飞行的相Escort微小卫星能够对空间目标进行在轨

6、监视、逼对轨道确定问题；文献[6]针对非合作目标相对导近等，沿航向对目标进行跟踪飞行并实现三维观航问题提出了粒子滤波算法，但是系统模型都局限测。因此，跟踪空间非合作目标在军事、商业和于C—w方程；文献[7]根据非线性系统方程提出科学等领域具有广泛的应用前景。了EKF算法，但是算法收敛速度略慢。对于空间非若追踪星能利用星载测量设备完成自主相对轨合作目标跟踪任务，算法的收敛速度将是值得考虑的因素。道确定，则可对在轨自主轨道跟踪或构型保持任务收稿日期：2013—07—08作者简介：车汝才(1979一)，男，山西人，博

7、士，高级工程师，主要研究方向为卫星相对运动动力学及控制技术。第32卷第3期车汝才：基于两步估计的空间非合作目标相对轨道确定方法研究·39·考虑到非合作目标的轨道具有一定任意性，利1．1卫星相对运动方程用圆轨道模型的C—w方程将有一定的局限，模型参考轨道坐标系原点位于追踪星质心，并设追误差较大。因此本文从一般性出发，针对椭圆道卫踪星和目标星在地心惯性系中的位置矢量分别为，星的相对轨道确定问题进行了研究，提出了采用椭和r，目标星相对于追踪星的位置矢量p在参考轨圆轨道T—H方程进行相对轨道确定的思路。在测道坐标系中坐

8、标为[，Y，]，则量信息选择方面，根据常用的几类相对导航敏感器，，=r+p=(r+)++ZZ(1)如微波测距仪、可见光相机、激光雷达等，采用相对求取式(1)对时间的二阶导数：距离、方位角和俯仰角作为系统测量信息，并针对相2=(一2(一Yre)一一)+e叩对轨道确定算法的快速收敛问题，提出一种新的基frcS于两步估计的相对轨道确定方法，该算法收敛速度n(y+2(x—二)～02)+一zT．