基于非线性动力学法的航天器非合作交会仅测角导航

摘要

针对航天器非合作交会中的相对导航问题,提出了一种基于非线性动力学法的仅测角导航的新架构。该方法没有通过轨道或姿态机动来解决仅测角导航可观性较差的问题,而是通过捕捉系统在相对运动演变中的非线性来提高仅测角导航系统的可观性。首先,介绍了3种相对动力学模型及其对应的视线(Line-of-sight,LoS)测量方程,包括直线状态相对动力学、曲线状态相对动力学和相对轨道根数(Relative orbital elements,ROE)状态相对动力学模型。然后,引入了基于Gramian矩阵的可观性分析理论用于确定哪个相对动力学模型可以最大化仅测角导航的可观性。接着,介绍了一种自适应扩展Kalman滤波方案,用以解决非线性动力学法中仅测角导航滤波器对测量噪声非常敏感的问题。最后,通过数值仿真的手段对提出的仅测角导航滤波架构进行了测试和验证,证明了通过改进相对动力学和LoS测量模型,无机动的仅测角导航是完全可行的。