专利名称：一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法
技术领域：
本发明涉及一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，属于航天器导航技术领域。技术背景
针对空间大规模航天器的在轨组装、在轨维护等技术是未来在轨服务领域内的重要发展方向，大规模航天器在轨操作任务极为复杂，单个空间机器人系统难以独立完成任务，而由多个成员组成的集群空间机器人进行协同操作，则是完成此类任务的有效途径。对目标航天器的协同定位是实现协同操作的前提条件。目标航天器的协同定位是指集群空间机器人通过集群内测量信息的共享，为不具备目标测量功能的成员空间机器人提供目标的相对位置信息。协同定位通过数据融合可为集群内成员空间机器人系统提供连续的、高精度的目标相对信息，同时可有效简化集群内测量设备的配置，此外协同定位具有高精度和高可靠的特点，因而地面移动机器人、水下无人航行器等领域得到了广泛的重视。然而， 针对多航天器协同相对导航与定位问题的相关研究却十分少见，即便是在卫星编队技术领域，研究内容也仅限于动力学及协同控制问题，但是作为编队协同控制基础的协同导航定位问题却未提及。发明内容
本发明针对集群空间机器人在轨协同操作任务，发明了一种集群空间机器人的主从式目标协同定位方法，采用该方法可以有效简化集群内的相对测量设备配置，同时能够为集群内不具备测量功能的成员提供目标航天器的相对位置信息。
本发明的特点是充分利用集群内成员和目标航天器之间的几何关系，建立不具备测量功能的成员与目标航天器之间相对位置的间接量测方程；主空间机器人M结合目标航天器和从空间机器人Ci与自身的相对位置信息，在远距离阶段为从空间机器人Ci提供目标相对位置信息，再采用Kalman滤波理论实现了协同定位。
本发明的集群空间机器人主从式目标协同定位方法具体包括如下步骤
步骤1，根据集群空间机器人的相对测量设备配置方案，建立集群内的测量方程
权利要求
1.一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1，根据集群空间机器人的相对测量设备配置方案，建立集群内的测量方程 {/f)):之⑴其中 pmt (tk)和 pmci(tk)
2.根据权利要求I所述的一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，其特征在于所述相对测量设备配置方案为集群空间机器人由主空间机器人M和从空间机器人Ci组成，i = 1，2，. .，N，其中主空间机器人M安装远距离和近距离测量设备；从空间机器人Ci只安装满足近距离操作要求的测量设备；集群内成员均安装GPS接收机，通过星间数据链路并采用差分GPS算法实现相对定位。
3.根据权利要求I所述的一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，其特征在于步骤2所述近距离为小于50km。
4.根据权利要求I所述的一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，其特征在于所述线性状态空间模型包括两部分，一部分是用于完成相对状态Xtai预测更新的、以Xtci为系统状态的动力学方程；另一部分为用于完成对相对状态修正的、关于相对状态Xtai的量测方程。
5.根据权利要求I所述的一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，其特征在于所述相对位置信息瓦^(4)由主空间机器人M测量目标航天器得到；从空间机器人Ci通过GPS接收机获得自身在地心惯性坐标系内的位置信息，并通过星间数据链路将位置信息发送给主空间机器人M ;主空间机器人M将自身GPS位置信息和接收到的从空间机器人GPS位置数据做差分运 算，得到两者相对位置信息艮,(心)。
全文摘要
本发明涉及一种集群空间机器人主从式目标协同定位方法，属于航天器导航技术领域。本发明充分利用集群内成员和目标航天器之间的几何关系，建立不具备测量功能的成员与目标航天器之间相对位置的间接量测方程；主空间机器人M结合目标航天器和从空间机器人Ci与自身的相对位置信息，在远距离阶段为从空间机器人Ci提供目标相对位置信息，再采用Kalman滤波理论实现了协同定位。本发明所采用的集群空间机器人主从式目标协同定位方法，可以明显减少集群内相对测量设备的数量，降低各成员系统复杂程度，提高其可靠性。
文档编号G01S19/42GK102981175SQ201210568428
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者翟光, 张景瑞, 张尧 申请人:北京理工大学