一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法
【专利摘要】一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，步骤如下：(1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域[x2,x3]，其中，x1<x2<x3<x4，[x1,x4]为远场像机、近场像机的测量重叠范围；(2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，根据相对距离与切换区域的关系选定不同相机的测量数据；当相对距离在切换区域之内时，若为接近模式转(3)，若为撤离模式转(4)；(3)采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大于设定值后，开始采用近场像机的测量数据；(4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar大于设定值后，开始采用远场像机的测量数据。
【专利说明】一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，用于交会 对接GNC控制系统的相对导航方案设计，还可推广应用于其它航天器交会对接最后平移靠 拢阶段的相对导航方案设计。
【背景技术】
[0002] 早在60年代初期，航天科学家们就认识到空间交会对接技术的重要性，同时认为 实现空间交会对接有非常广阔的前景，因此美国、前苏联、俄罗斯、欧洲、日本及我国航天科 学家们都积极地开展这一领域的基础技术研究。平移靠拢段作为交会对接过程中的最后逼 近，是交会任务和对接任务的衔接，其飞行过程和控制精度直接决定了交会对接任务的成 败，因此尤为重要。
[0003] 在最后平移靠拢段，一般采用光学成像敏感器作为主要导航敏感器，以获取两个 航天器的相对位置和相对姿态导航信息，完成六自由度控制，实现两个航天器的交会对接。 由于安全飞行距离、对接走廊、敏感器视场等约束条件的限制，单靠一台敏感器（像机），无 法完成整个最后平移靠拢段的相对测量，因此光学成像敏感器通常包括远场像机和近场像 机，通过分别识别远、近场合作目标，接替完成最后平移靠拢段的相对测量。在工程设计时， 远场像机和近场像机的测量范围会有一定的重叠，以方便在交会对接的逼近或撤退过程中 完成测量数据的切换。这就意味着在上述测量重叠区域，远场像机和近场像机均能提供有 效测量数据，因此如何合理地使用这些数据，完成远、近场像机测量数据的使用切换，并保 证切换过程中自主交会对接导航平稳，以满足载人飞船自主交会对接控制精度要求，是设 计人员需要考虑的。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的交会对接远、近场 切换使用方法。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种自主交会对接相对测 量敏感器远、近场切换使用方法。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用 方法，所述的相对测量敏感器包括远场像机和近场像机，远场像机和近场像机的测量范围 重叠；方法步骤如下：
[0006] (1)根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域 |^2，13]，其中，11〈12〈13〈14，|^1，14]为远场像机、近场像机的测量重叠范围 ；
[0007] (2)在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，当相 对距离大于x3且远场像机的测量有效时，优先使用远场像机的测量数据，当远场像机测量 无效近场像机测量有效时，使用近场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量 数据；
[0008] 当相对距离处于步骤（1)中的切换区域时，设置远场像机和近场像机连续测量标 志NumFar和NumNear;当只有一个像机的测量有效时，使用该相机的测量数据，并将另外一 个像机的连续测量标志清0;当两个像机的测量均有效时，若为接近模式转步骤（3)，若为 撤离模式转步骤（4);
[0009] 当相对距离小于x2且近场像机的测量有效时，优先使用近场像机的测量数据，当 近场像机的测量无效远场像机测量有效时，使用远场像机的测量数据；远、近场像机均无效 时，不采集测量数据；
[0010] (3)采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当 NumNear大于设定值NumNearMax后，开始采用近场像机的测量数据；
[0011] (4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar 大于设定值NumFarMax后，开始采用远场像机的测量数据。
[0012] 所述步骤（3)中的设定值
【权利要求】
1. 一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法，所述的相对测量敏感器 包括远场像机和近场像机，远场像机和近场像机的测量范围重叠；其特征在于方法步骤如 下： (1) 根据远场像机、近场像机的测量重叠范围，设计远、近场测量数据切换区域 |^2，13]，其中，11〈12〈13〈14，|^1，14]为远场像机、近场像机的测量重叠范围 ； (2) 在自主交会对接逼近阶段，实时确定交会对接中两个航天器的相对距离，当相对 距离大于x3且远场像机的测量有效时，优先使用远场像机的测量数据，当远场像机测量无 效近场像机测量有效时，使用近场像机的测量数据；远、近场像机均无效时，不采集测量数 据； 当相对距离处于步骤（1)中的切换区域时，设置远场像机和近场像机连续测量标志NumFar和NumNear;当只有一个像机的测量有效时，使用该相机的测量数据，并将另外一个 像机的连续测量标志清O;当两个像机的测量均有效时，若为接近模式转步骤（3)，若为撤 离模式转步骤（4); 当相对距离小于x2且近场像机的测量有效时，优先使用近场像机的测量数据，当近场 像机的测量无效远场像机测量有效时，使用远场像机的测量数据；远、近场像机均无效时， 不采集测量数据； ⑶采用远场像机的测量数据，在每个控制周期，NumNear开始加1计数，当NumNear大 于设定值NumNearMax后，开始采用近场像机的测量数据； (4)采用近场像机的测量数据，在每个控制周期，NumFar开始加1计数，当NumFar大于 设定值NumFarMax后，开始采用远场像机的测量数据。
2. 根据权利要求1所述的一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法， 其特征在于：所述步骤（3)中的设定值NumNk^Max 其中，两航天器的相对接近速度为vl，控制周期为dt，K1为切换系数，为整数。
3. 根据权利要求1所述的一种自主交会对接相对测量敏感器远、近场切换使用方法， 其特征在于：所述步骤（4)中的设定值 其中，两航天器的相对撤离速度为v2,控制周期为dt,K2为切换系数,为整数。
【文档编号】G01C11/00GK104236554SQ201410459342
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月10日 优先权日:2014年9月10日
【发明者】解永春, 张昊, 于丹, 张维瑾, 胡军 申请人:北京控制工程研究所