[发明专利]基于吸附过程的非合作目标惯性特征参数的两步辨识方法

说明书

本发明公开了一种基于吸附过程的非合作目标惯性特征参数的两步辨识方法，先利用微小卫星携带的视觉相机提供视觉信息，建立空间非合作目标的动力学模型，并结合视线测量变量，构建视线信息和空间非合作目标状态参数的关联模型；再利用微小卫星对空间非合作目标进行碰撞，基于动量矩和动量守恒理论，在非接触辨识的基础上，进一步辨识得到目标的质量和转动惯量信息，获得完整的目标惯性参数，实现对空间非合作目标的惯性参数的辨识。本发明利用空间微小卫星，通过非接触结合接触的两步辨识方法，最终实现对空间非合作目标的惯性参数的辨识。

技术领域

本发明涉及惯性参数辨识领域，具体为一种空间非合作目标的惯性参数辨识算法。

背景技术

空间目标辨识的典型策略可以大致分为两种方式，基于视觉测量等方式的非接触式辨识和基于主动激励的接触式辨识。非接触式的参数辨识方法，主要是指视觉位姿测量技术，即利用获取的特征点信息进行滤波估计，输出目标的姿态参数，惯性矩阵比以及目标质心位置。接触式的辨识是将操作平台和目标构建为组合体，或者将目标当作组合体，利用操作平台的外部激励或者空间目标的自身激励实施惯性特征参数辨识。根据辨识建模原理的不同，大致可以将这些方法分为两类：基于力的辨识方法和基于动量的辨识方法。

基于力的方法绝大多数是以牛顿—欧拉方程为基础，建立针对具体模型的动力学方程。为了便于估计未知的空间飞行器惯性参数，首先需要将牛顿—欧拉方程转化线性回归方程或状态方程的形式，通过不同的星载执行机构如动量轮、陀螺、推力器以及机械臂等进行激励，同时测量出对应的空间飞行器运动学、动力学参数如速度/角速度、力/力矩、加速度/角加速度等，代入线性回归方程或状态方程，最后采用最小二乘法、加权最小二乘法、迭代最小二乘法、卡尔曼滤波等算法解出未知的空间飞行器惯性参数。

基于动量守恒的方法通过假定目标处于动量守恒状态，将动量守恒方程化为线性回归的形式，通过动量轮或空间机械臂运动进行激励，对目标的速度/角速度进行测量，把测量数据代入线性回归方程中求解出方程中唯一的未知量即目标的惯性参数。但是接触辨识需要消耗宝贵的不可再生的燃料，而且激励能力有限。

仅仅依赖视觉的非接触辨识方法，只能获取目标质心，无法获得完整的目标转动惯量和质量等信息；接触式辨识中，基于作用力的算法需要消耗宝贵的燃料，而基于动量轮的方法又存在自由度有限以及容易达到饱和带来的激励能力有限等不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于吸附过程的非合作目标惯性特征参数的两步辨识方法，本发明利用空间微小卫星，通过非接触结合接触的两步辨识方法，最终实现对空间非合作目标的惯性参数的辨识。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种基于吸附过程的非合作目标惯性特征参数的两步辨识方法，包括以下步骤：

S100：利用微小卫星携带的视觉相机提供视觉信息，建立和空间非合作目标的相对动力学模型，并结合视线测量变量，构建视线信息和空间非合作目标状态参数的关联模型，完成基于视线信息的非接触辨识，获取目标转动惯量比和质心；

S200：利用微小卫星对空间非合作目标进行碰撞，基于动量矩和动量守恒理论，在非接触辨识的基础上，进一步辨识得到目标的质量和转动惯量信息，获得完整的目标惯性参数，实现对空间非合作目标的惯性参数的辨识。

作为本发明的进一步改进，S100中，建立空间非合作目标的相对动力学模型的具体步骤为：

微小卫星对非合作目标进行观测时，观测非合作目标上的一个特征点，通过固定在特征点的本体坐标系{C}相对于固定在微小卫星上的惯性坐标系{A}的方向以及位置的测量，得到观测方程；定义测量矢量为z，则测量矢量的表达式为式(1)：