[发明专利]超近距离的高精度相对位置保持控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天器在轨与另外一个航天器进行跟踪接近或交会时用到的相对导航和相对位置控制方法，可以用于相对距离小于1m(超近距离)的位置保持控制。

背景技术

航天器在空间进行交会，是一个航天器接近另一个航天器的过程，就是在太空飞行中两个或两个以上的航天器通过轨道参数的协调，在同一时间到达空间同一位置的过程。目前我国在轨完成空间交会对接为神舟飞船和天宫一号，在最后阶段，神舟飞船采用光学成像敏感器的相对位置和相对姿态测量信息，进行相对位置和相对姿态导航，然后进行相对位置和相对姿态控制。因为SY-7卫星的光学成像敏感器的相对姿态精度差，为了在超近距离情况下，获得高精度的相对位置控制，必须有高精度的相对位置导航信息，在光学成像敏感器测量精度一定的情况下，必须减小测量信息在转换过程的误差传播。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超近距离的高精度相对位置保持控制方法，该方法提高了相对导航精度，从而保证了高精度的相对位置控制。

本发明包括如下技术方案：超近距离的高精度相对位置保持控制方法，方法包括追踪器姿态控制和相对位置控制两部分；其中追踪器姿态控制采用相平面控制方法进行；追踪器姿态控制部分实时向相对位置控制提供追踪器的姿态信息；相对位置控制具体步骤如下：

(1)利用追踪器姿态控制部分提供的追踪器姿态信息，构建追踪器本体系到相对坐标系的姿态转移矩阵；所述的相对坐标系原点o_r为追踪器的质心，o_rz_r轴指向地球的质心，o_ry_r轴垂直于o_rz_r轴，指向轨道角速度的反方向，o_rx_r轴与o_rz_r、o_ry_r轴构成右手系；

(2)利用步骤(1)中构建的姿态转移矩阵，将追踪器上光学成像敏感器的测量量转换到相对坐标系下；以及将追踪器上加速度计测量的三轴速度增量转换到相对坐标系下；

(3)对步骤(2)中转换后的结果进行滤波，得到追踪器相对于目标器的相对位置和相对速度；

(4)根据任务需求，设置在相对坐标系下的目标位置；将步骤(3)中得到的相对位置和相对速度与目标位置求差，根据差值利用相平面控制方法控制追踪器到达目标位置。

所述的追踪器姿态控制利用追踪器上星敏感器和陀螺联合定姿获得三轴姿态角和角速度，采用相平面控制方法进行控制。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明把相对坐标系建立在追踪星的轨道系下，优点是相对测量信息到相对坐标系下的转换只与追踪星的绝对姿态有关，可以扩展应用到非合作目标的相对导航和控制中。

(2)本发明中追踪星采用星敏感器+陀螺高精度绝对定姿方法，和测量的相对姿态0.5°的精度相比，星敏+陀螺定姿精度可以到0.03°，降低了定姿误差对测量信息的误差传播。

(3)本发明中追踪星采用绝对姿态进行控制，因为相对姿态精度差，采用高精度的绝对姿态控制有利于提高姿态控制精度。

(4)本发明由于降低了相对测量信息的传播误差，因此提高了相对导航精度，从而保证了高精度的相对位置控制。

附图说明

图1为本发明控制方法流程图；

图2为本发明的控制结果-滚动角曲线图

图3为本发明的控制结果-俯仰角曲线图

图4为本发明的控制结果-偏航角曲线图

图5为本发明的控制结果-x轴相对位置曲线图

图6为本发明的控制结果-y轴相对位置曲线图

图7为本发明的控制结果-z轴相对位置曲线图

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，首先对本发明中涉及的坐标系进行说明：