一种用于相对运动视线跟踪的姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种用于相对运动视线跟踪的姿态控制方法，在追踪器跟踪接近目标器的过程中，由于相对测量敏感器视场小，在跟踪过程中，追踪器和目标器之间的相对视线角超过测量敏感器的视场，为了保证在跟踪接近过程中相对测量敏感器正常工作，需要追踪器作为机动平台，控制追踪器的姿态指向目标器，跟踪两个航天器的相对视线角，使得追踪器的姿态指向目标器，保证目标器在相对测量敏感器的视场内，保证相对测量敏感器有效工作。

主权项

一种用于相对运动视线跟踪的姿态控制方法，其特征在于包括步骤如下：(1)根据追踪器和目标器之间的相对关系得到追踪器和目标器的相对位置和追踪器和目标器的相对速度在追踪器轨道系下的分量[x_out y_out z_out]^T和${\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}\end{array}\right]}^T;$(2)根据追踪器姿态敏感器测量得到追踪器的滚动轴姿态角俯仰轴姿态角偏航轴的姿态角追踪器的滚动轴角速度俯仰轴角速度偏航轴的角速度(3)根据步骤(1)得到的追踪器和目标器的相对位置和追踪器和目标器的相对速度在追踪器轨道系下的分量[x_out y_out z_out]^T和${\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}\end{array}\right]}^T,$计算追踪器和目标器的相对方位角ψ_T及追踪器和目标器的相对仰角θ_T，计算公式如下：ψ_T＝arctan2(y_out,x_out)${\theta }_T=\arctan 2(-z_{\mathrm{out}},\sqrt{{x_{\mathrm{out}}}^2+{y_{\mathrm{out}}}^2})$其中，arctan2()函数是反正切函数，该反正切函数取值范围为[‑π，π]；根据步骤(1)得到的追踪器和目标器的相对位置和追踪器和目标器的相对速度在追踪器轨道系下的分量[xout yout z_out]^T和${\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}\end{array}\right]}^T,$计算沿追踪器和目标器视线方向的追踪器和目标器的相对距离ρ，计算公式如下：$\rho =\sqrt{x_{\mathrm{out}}^2+y_{\mathrm{out}}^2+z_{\mathrm{out}}^2}$根据得到的沿追踪器和目标器视线方向的追踪器和目标器的相对距离ρ和步骤(1)得到的追踪器和目标器的相对位置和追踪器和目标器的相对速度在追踪器轨道系下的分量[x_out y_out z_out]^T和${\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}\end{array}\right]}^T,$计算追踪器和目标器的相对速率$\stackrel{·}{\rho }=\frac{x_{\mathrm{out}}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}+y_{\mathrm{out}}{\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}+z_{\mathrm{out}}{\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}}{\rho }$根据计算出的沿追踪器和目标器视线方向的追踪器和目标器的相对距离ρ和追踪器和目标器的相对速率及步骤(1)得到的追踪器和目标器的相对位置和追踪器和目标器的相对速度在追踪器轨道系下的分量[x_out y_out z_out]^T和${\left[\begin{array}{ccc}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}& {\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}\end{array}\right]}^T,$按照下面公式计算追踪器和目标器的相对方位角角速度和追踪器和目标器的相对仰角角速度${\stackrel{·}{\theta }}_T=((-\rho ·{\stackrel{·}{z}}_{\mathrm{out}}+\stackrel{·}{\rho }·z_{\mathrm{out}})/\left(\rho \sqrt{{x_{\mathrm{out}}}^2+{y_{\mathrm{out}}}^2}\right))$${\stackrel{·}{\psi }}_T=({\stackrel{·}{y}}_{\mathrm{out}}{x}_{\mathrm{out}}-y_{\mathrm{out}}{\stackrel{·}{x}}_{\mathrm{out}})/({x_{\mathrm{out}}}^2+{y_{\mathrm{out}}}^2);$(4)设置追踪器滚动轴的目标角和目标角速度为0；(5)根据步骤(2)测量得到追踪器的滚动轴姿态角俯仰轴姿态角偏航轴的姿态角追踪器的滚动轴角速度俯仰轴角速度偏航轴的角速度和步骤(3)得到的追踪器和目标器的相对方位角ψ_T和追踪器和目标器的相对方位角角速度追踪器和目标器的相对仰角θ_T和追踪器和目标器的相对仰角角速度步骤(4)设置的追踪器滚动轴的目标角和目标角速度计算追踪器滚动轴、俯仰轴和偏航轴的姿态角和角速度之间的差值φ_x,φ_y,φ_z与目标角和角速度之间的差值计算公式如下：${\phi }_y={\hat{\theta }}_{\mathrm{out}}-{\theta }_T,$${\phi }_z={\hat{\psi }}_{\mathrm{out}}-{\psi }_T$${\stackrel{·}{\phi }}_y={\widehat{\stackrel{·}{\theta }}}_{\mathrm{out}}-{\stackrel{·}{\theta }}_T,$${\stackrel{·}{\phi }}_z={\widehat{\stackrel{·}{\psi }}}_{\mathrm{out}}-{\stackrel{·}{\psi }}_T;$(6)根据步骤(5)得到的追踪器滚动轴、俯仰轴和偏航轴的姿态角和角速度之间的差值φ_x,φ_y,φ_z与目标角和角速度之间的差值调用姿态相平面控制算法，得到控制力矩，由姿态推力器完成追踪器姿态控制。