一种面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法与流程

技术特征：

1.一种面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于，步骤如下：

(1)以GEO目标卫星为在轨服务对象，将两个空间机器人分别设为主星和子星，设计主星和子星编队飞行构型及轨道参数；

(2)根据计算的主星和子星相对距离，判断子星是否满足星敏感器观测距离要求，满足则进入步骤(3)，否则进入步骤(10)；

(3)根据解算的太阳、地球和子星三者位置关系，判断子星是否处在太阳光照区，是则进入步骤(4)，否则进入步骤(10)；

(4)根据解算的地球、主星和子星三者位置关系，判断地球是否进入星敏感器视场，是则进入步骤(5)，否则进入步骤(10)；

(5)根据计算的子星可视星等，判断子星可视星等是否小于星敏感器可观测阈值，是则进入步骤(6)，否则进入步骤(10)；

(6)根据计算的子星相对主星方向矢量与星敏感器光轴指向夹角，判断子星是否在星敏感器视场范围内，是则进入步骤(7)，否则利用万向轴调整星敏感器光轴指向后，继续判断子星是否在星敏感器视场范围内，是则进入步骤(7)，否则进入(10)；

(7)根据计算的子星在星敏感器二维像面阵坐标，判断子星是否在星敏感器二维像面阵内，是则进入步骤(7)，否则进入步骤(10)；

(8)计算子星相对卫星的理论方向矢量和方位角与俯仰角，进入步骤(9)；

(9)根据步骤(8)所得子星相对卫星的理论方向矢量和方位角与俯仰角，调整主星星敏感器光轴与理论方向矢量一致，对小行星进行真实观测，并建立观测模型，进入步骤(10)；

(10)结束观测。

2.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(1)中的轨道参数包括轨道半长轴a、轨道偏心率e、轨道倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω、过近地点时刻t_p。

3.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(2)中判断子星是否满足星敏感器观测距离要求过程如下：

计算主星相对子星距离δr⁽¹⁰⁾，判断其是否满足条件

L_min≤δr⁽¹⁰⁾≤L_max (1)

其中，δr⁽¹⁰⁾＝|δr⁽¹⁰⁾|＝|r⁽¹⁾-r⁽⁰⁾|，r⁽⁰⁾和r⁽¹⁾为主星和子星位置矢量；L_min和L_max为星间观测所需最小和最大距离。

4.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(3)中判断子星是否处在太阳光照区过程如下：

分析地球阴影范围以及子星运行穿过该阴影区的临界条件，设子星位置矢量r⁽¹⁾与太阳位置矢量r^(sun)夹角为ψ，子星进入和离开地球阴影范围的临界夹角为ψ_cri，则子星处在太阳光照区需要满足条件：

ψ＜ψ_cri (2)。

5.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(4)中判断地球是否进入星敏感器视场过程如下：

设主星位置矢量r⁽⁰⁾和主星相对子星方向矢量δr⁽¹⁰⁾的夹角为θ，由于被地球遮挡导致背景光线过弱的临界条件是子星相对主星方向矢量δr⁽¹⁰⁾与地球边缘相切，定义此临界夹角为θ_cri，则地球未进入星敏感器视场条件为：

θ＞θ_cri (3)。

6.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(5)中判断子星可视星等是否小于星敏感器可观测阈值过程如下：

引入可视星等概念分析子星的可见性，星等值越小，表明天体越亮；反之，天体则越暗；设星敏感器可观测阈值为m_thr，子星可视星等为m，子星被观测到其可视星等需要满足条件

m＜m_thr (4)。

7.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(6)中判断子星是否在星敏感器视场范围内过程如下：

设子星相对主星方向矢量δr⁽¹⁰⁾与星敏感器光轴指向矢量夹角为星敏感器视场角为FOV，则方向矢量δr⁽¹⁰⁾在星敏感器视场范围内需要满足条件

如果相对矢量δr⁽¹⁰⁾不在视场范围内，利用万向轴调整星敏感器光轴指向，使其进入视场范围，如果转动后仍不能进入视场，则无法观测。

8.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(7)中判断子星是否在星敏感器二维像面阵内过程如下：

根据子星相对主星方向矢量δr⁽¹⁰⁾投影在星敏感器二维像面阵的几何关系，解其坐标为设二维像面阵长度和宽度分别为IP_longth和IP_width，则子星在像平面坐标需要满足条件

$\left|x_p^{\left(10\right)}\right|\<\frac{{\mathrm{IP}}_{longth}}{2}---\left(6a\right)$

$\left|y_p^{\left(10\right)}\right|\<\frac{{\mathrm{IP}}_{width}}{2}---\left(6b\right)$

9.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(8)中计算子星相对主星理论方向矢量和方位角与俯仰角具体为：

子星相对主星单位方向矢量由星敏感器获得，即得子星相对主星方位角α与俯仰角δ，主星和子星相对距离|δr⁽¹⁰⁾|由星间链路获得，由此得到子星相对主星的理论方向矢量δr⁽¹⁰⁾

${\mathrm{\δr}}^{\left(10\right)}=\mathrm{\δ}{\hat{r}}^{\left(10\right)}\·\left|{\mathrm{\δr}}^{\left(10\right)}\right|---\left(7\right)$

其中，

子星相对主星方位由方位角和俯仰角描述，在卫星本体坐标系o_b-x_by_bz_b中，定义方位角α为δr⁽¹⁰⁾在o_b-y_bz_b平面的投影与y_b轴夹角，俯仰角δ为δr⁽¹⁰⁾与x_b轴夹角，表示为

$\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{{\mathrm{\δr}}_{bz}^{\left(10\right)}}{{\mathrm{\δr}}_{by}^{\left(10\right)}}\right)---\left(8a\right)$

$\mathrm{\δ}=\arcsin \left(\frac{{\mathrm{\δr}}_{bx}^{\left(10\right)}}{\left|{\mathrm{\δr}}_b^{\left(10\right)}\right|}\right)---\left(8b\right)$

其中，是地心惯性坐标系相对本体坐标系姿态转换矩阵。

10.根据权利要求1所述的面向GEO卫星在轨服务的空间多机器人相对观测方法，其特征在于：所述步骤(9)具体为：

根据步骤(8)所得子星相对卫星理论方向矢量和方位角与俯仰角，主星采用万向轴调整星敏感器光轴指向理论方向矢量一致，并利用星敏感器进行实际测量，输出子星相对主星单位方向矢量真实测量值由主星和子星之间星间链路的实际测量值|δr^(Ast0)|_mes，得小行星相对卫星单位方向矢量真实观测模型为：

${\mathrm{\δr}}_{mes}^{\left(Ast0\right)}=\mathrm{\δ}{\hat{r}}_{mes}^{\left(Ast0\right)}\·|{\mathrm{\δr}}^{\left(Ast0\right)}{|}_{mes}---\left(9\right).$