26.基于激光实时跟踪测量的航天器编队相对位置测量方法

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激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用探索

激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用探索简介航天技术在当今社会的发展中起着至关重要的作用。

航天器的位置定位技术对于航天任务的顺利执行起着决定性的作用。

激光雷达测距技术作为一种高精度、高稳定性的测距方法，在航天器位置定位中得到了广泛应用。

本文将探讨激光雷达测距技术在航天器位置定位中的运用，包括原理、优势和挑战，以及未来的展望。

一、激光雷达测距技术原理及特点激光雷达测距技术是利用激光束发射器发射出的脉冲激光束，并通过接收器接收被目标反射的激光束，计算出目标与激光雷达之间的距离。

其原理基于光的传播速度恒定不变的特性，结合激光束的发射时间和接收时间差，可以准确计算目标的距离。

与传统的测距技术相比，激光雷达测距技术具有高精度、高稳定性、高速度等优点。

二、激光雷达测距技术在航天器位置定位中的应用1. 航天器轨道测量：激光雷达测距技术可以通过测量航天器与地面基站之间的距离，精确计算航天器的位置和速度，从而实现对航天器轨道的测量和定位。

这对于航天器的精确控制和导航至关重要。

2. 航天器站定测量：激光雷达测距技术可以通过测量航天器与地面参考点之间的距离差，准确计算航天器的姿态和位置。

这对于航天器的位置修正和站定非常重要，特别是在长期的航天任务中，如国际空间站。

3. 目标识别和跟踪：激光雷达测距技术在航天器位置定位中还可以应用于目标识别和跟踪。

通过扫描目标周围的环境，激光雷达可以获取物体的形状、尺寸和位置信息，从而实现对目标的识别和跟踪。

三、激光雷达测距技术的优势和挑战1. 优势：（1）高精度：激光雷达测距技术具有非常高的测距精度，可以实现亚厘米级别的距离测量，满足航天器位置定位的高精度要求。

（2）高稳定性：激光雷达测距技术对于外界环境的变化和干扰具有较好的抗干扰能力，可以保证测距结果的稳定性，适用于复杂的航天环境。

（3）高速度：激光雷达测距技术具有较高的测量速度，可以在短时间内获取大量的测距数据，提高航天器位置定位的效率。

基于GPS／激光雷达的编队卫星相对导航研究

作者简介：楚瑞（９８一）１７，女，助教，硕士。研究方向：
１空间相对运动学分析
如图１所示，定义主星的当地水平当地垂直
（ＶＨ坐标系ｏｙ原点０ＬＬ）ｘｚ在主星的质心，ＸｙＯ，ｏ，，Ｏ分别指向航天器的径向、速度切向、法向坐标Ｚ
空间分布式任务是２０世纪９０年代后期，随着现代小卫星技术的迅速发展，而出现的一种新的
线性系统的线性化模型，而ＵＦ采用粒子滤波的Ｋ
采样思路，通过仔细选择的高斯随机变量采样点最小集合来近似系统的估计状态，这些采样点具有高斯随机变量（态）状的均值和方差，所以当通过非线性方程进行演化后它们以二阶精度近似非线性系统状态的验后分布。文中基于Ｈｌｉ方程，针ｌ对卫星编队飞行相对导航精度要求利用激光雷达
中图分类号
ＧＰＳＬａｅｄｒＢａｅｌｔｅＮａｉａｏｏｐｃｃａｔＦｒａｏｌｉｇ／ｓｒＲａａｓｄＲｅａｖｖｇｔｎｆｒＳａｅｒｆｏｍｔｎＦｙｎｉｉｉ
ＣｈｉｕＲｕ
（ｅａｍｎｆｌｔｎｃａｄＩｆｍｔｎＥｇｅｒｇｉｎＩｓｔｅｏＰｓＤｐｒｅｔｅｒｉｎｏａｏｎｉｅｎ，Ｘ＇ｔｕｆｏｔｔｏＥｃｏｓｎｒｉｎｉａｎｉｔ＆Ｔｌｏｍｎｃｔｎ，Ｘ ’ １１１ｈｎ）ｅｃｍｕｉｉｓｉｎ７０２，Ｃｉｅａｏａａ

基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术

收稿日期：２０１５—１２—０５：修订日期：２０１６—０１—０３作者简介：刘￣（１９８５一），女，工程师，硕士，主要从事合作／非合作目标相对位姿测量技术方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕｐｑ＠１６３．ｃｏｒｎ
（上海宇航系统工程研究所，上海２０１１０８）
摘要：基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术已成为故障航天器在轨捕获与维修、空间垃圾清除等空间操控活动开展必不可少的关键技术之一。针对这一技术，阐述了国内外研究现状；然后，描述了相对位姿测量技术原理，并重点介绍了点云配准方法；最后，进行了航天器模拟器的相对位姿测量精度仿真验证。结果表明：基于激光雷达的航天器相对位姿测量技术方法合理可行，测量精度高，可满足近距离操控中相对导航任务需求，对国内后续开展工程应具有较大参考价值。关键词：激光雷达；相对位姿测量；点云配准中图分类号：Ｖ４４８．２２文献标志码：ＡＤｏＩ：１０．３７８８／ＩＲＬＡ２０１６４５．０８１７００３
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅｂｅｔｗｅｅｎｔｗｏｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｌｉｄａｒｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｍａｎｙｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ｓｕｃｈａｓｏｎ－ｏｒｂｉｔｓｅｒｖｉｃｉｎｇｔｏｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｏｆｌｏｓｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｅｂｒｉｓｒｅｍｏｖａｌ，ｅｔｃ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｈｉｇｈｌｉｇｈｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔｓｉｍｕｌａｔｏｒｗａｓｇｉｖｅｎ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅｂｅｔｗｅｅｎｔＷＯｓｐａｃｅｃｒａｆｌｓｂａｓｅｄｏｎｌａｓｅｒｌｉｄａｒｍｅｔｈｏｄｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｆｅａｓｉｂｌｅａｎｄｉｔｈａｓｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙ．Ｉｔｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｎａｖｉｇａｔｉｏｎｍｉｓｓｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｎｄｐｒｏｖｉｄｅｓａｇｒｅａｔｅｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒｌｉｄａｒ；ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｏｓｅ；ｐｏｉｎｔｃｌｏｕｄｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ

编队星座相对位置精确测定与自主定轨方法

编队星座相对位置精确测定与自主定轨方法
马骏;肖业伦
【期刊名称】《北京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2008(034)006
【摘要】针对编队飞行星座,提出了一种全自主的高精度定轨与相对位置精确测定方法,对其主要关键技术之一的空间绝对定向的基本方案及其可行性和指标进行了研究,并进行了仿真验证.结果表明,通过编队星座星间高精度的距离测量和绝对定向观测,可以实现无需地面测控站和卫星导航系统支持下的编队星座全自主导航方案;在一定测距和测向误差条件下,绝对定轨精度可以优于20m,相对位置确定精度可优于10cm.相对误差与采样间隔有较明显关系,未来可考虑采样间隔控制在10 s以内即可;绝对位置误差大小与采样间隔无明显关系,其中的主要误差是星座的整体平移误差.仿真结果验证了所提方案的正确性.
【总页数】4页(P665-668)
【作者】马骏;肖业伦
【作者单位】北京航空航天大学,宇航学院,北京,100191;北京航空航天大学,宇航学院,北京,100191
【正文语种】中文
【中图分类】P228
【相关文献】
1.GPS用于编队星座的姿态与相对位置确定 [J], 王威;郗晓宁;许其凤
2.编队飞行小卫星群的相对自主定轨算法研究 [J], 王世练;杨军;张尔扬
3.编队卫星相对位置测量信息自主确定月球引力场的方法 [J], 王祎;杏建军;于洋;郑黎明;赵延鹏;刘琛
4.编队飞行星座相对运动的运动学描述与编队构型设计 [J], 张娟;和兴锁;李亮;邓峰岩
5.相对测量在编队卫星自主定轨中的应用 [J], 雪丹;曹喜滨;吴云华
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编队飞行卫星群相对轨道测量研究

编队飞行卫星群相对轨道测量研究
李晨光;韩潮
【期刊名称】《北京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2005(031)006
【摘要】编队飞行卫星群自主式相对轨道测量和确定是绕飞轨道的关键技术之一,考虑了利用星敏感器和雷达以及利用GPS(Global Positioning System)信号来进行相对定轨的传统方式,提出了基于伪卫星技术的定轨方案.伪卫星技术指在卫星上安装载波发生器和接收器,利用这些装置来进行卫星间的距离测量.在这些方案中,应用了差分GPS技术,采用优化方法求解多元非线性方程.这些测量方法分别适应于不同的情况.利用相对轨道要素的概念,在前面测量结果的基础上,通过卡尔曼滤波进一步提高了定轨精度.仿真计算表明这些方案可以满足不同尺度编队构型保持要求,并给出了部分结果.
【总页数】4页(P614-617)
【作者】李晨光;韩潮
【作者单位】北京航空航天大学,宇航学院,北京,100083;北京航空航天大学,宇航学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】V423.4
【相关文献】
1.编队飞行卫星群相对轨道摄动运动分析 [J], 黄美丽;向开恒
2.编队飞行小卫星群的相对自主定轨算法研究 [J], 王世练;杨军;张尔扬
3.用于对地观测定位的编队飞行卫星群轨道构形设计 [J], 赵军;肖业伦
4.编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计 [J], 肖业伦;张晓敏
5.近地轨道电磁编队飞行相对轨道动力学建模 [J], 侯振东;曹喜滨;张锦绣
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基于激光实时跟踪测量的航天器编队相对位置测量方法

应卡尔曼滤波方法，得了１ｍ的定位精度和获ｃ０５ｍｓ的测速精度。但是，Ｐ．ｍ／ＧＳ技术的可观测性
离增大，量精度和稳定性都较差。测
本文提出采用激光实时跟踪测量的方式实现编
队航天器间的相对位置测量，通过合理建立航天器间的相对运动模型和相对位置测量数学模型，激对光跟踪测量系统的测量值进行坐标转换，并对转换
法只适用于近距离航天器相对位置测量，作用距随
由于ＧＳ技术成熟，量精度高，泛应用于Ｐ测广航天器和编队航天器的导航。文献［］４作者在ＮＳＡＡ
的编队航天器试验平台上，用ＣＧＳ技术和自适采ＤＰ
米量级。
关键词：激光跟踪；航天器编队；相对位置测量；转换测量Ｋｌａ滤波ａｎｍ
中图分类号：Ｖ４．２２９３文献标识码：Ａ文章编号：００１２（（７０．９８０１０．３８２０）４００．６１
０弓言Ｉ
测量航天器间相对位置的测量定位方法，立了航天器间相对位置测量的数学模型。该测量方法在直角坐标系下建用Ｈｌ程建立编队航天器相对运动模型，出航天器相对运动轨迹的解析解，极坐标系下建立航天器间相对ｉ方ｌ得在

基于视觉技术的非合作航天器相对位姿测量方法

基于视觉技术的非合作航天器相对位姿测量方法
孙增玉;高越
【期刊名称】《宇航计测技术》
【年(卷),期】2017(037)004
【摘要】提出一种基于特征信息融合的非合作目标相对位姿测量方法,该方法以航天器自有的特征信息作为识别目标,采用椭圆轮廓和特征角点相结合的方法对非合作目标特征进行识别,解决了位姿测量中无合作标志器提供理想特征信息的问题.针对典型的卫星目标模型,进行了非合作目标相对位置姿态测量方法的验证试验,实验结果表明:该方法可以成功识别目标物体并对目标物体进行准确定位.
【总页数】6页(P1-6)
【作者】孙增玉;高越
【作者单位】北京航天计量测试技术研究所,北京100076;北京航天计量测试技术研究所,北京100076
【正文语种】中文
【中图分类】P236
【相关文献】
1.基于点云的非合作航天器位姿测量方法研究 [J], 桂力;郑顺义;曹姝清;刘宗明;陈赘
2.基于立体视觉的航天器相对位姿测量方法与仿真研究 [J], 徐文福;梁斌;李成;刘宇;强文义
3.基于立体视觉的空间非合作航天器相对位姿自主测量 [J], 杨宁;申景诗;张建德;
贾蕴;王桢
4.非合作航天器的相对位姿测量 [J], 徐文福;刘宇;梁斌;李成;强文义
5.基于特征融合的非合作航天器位姿测量方法 [J], 王志超;王滨;李志奇;刘宏因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种基于相对位置矢量测量的卫星编队初始定位算法[发明专利]

专利名称：一种基于相对位置矢量测量的卫星编队初始定位算法
专利类型：发明专利
发明人：孙秀聪,耿铖,贾振俊,陈培
申请号：CN202011006690.3
申请日：20200923
公开号：CN112161632A
公开日：
20210101
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出了一种基于相对位置矢量测量的卫星编队初始定位算法。

本算法通过将星间相对加速度与引力场模型相结合，反解得到卫星编队的绝对位置。

开发了通过拟合相对测量数据，得到星间相对加速度的自适应多项式拟合算法。

给出了不同导航解算模式选取的判别依据。

导航结果可作为后续精密定轨的卫星状态量初值。

本发明完全不依赖外部信息，具有自主性高、适应能力强的优点。

申请人：北京航空航天大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学宇航学院
国籍：CN
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地面航天器相对地理方位关系的实时测量方法[发明专利]

专利名称：地面航天器相对地理方位关系的实时测量方法专利类型：发明专利
发明人：李强,李志慧,梁晓辉,李太平,李霖圣,宋效正
申请号：CN201510449465.X
申请日：20150728
公开号：CN105203103A
公开日：
20151230
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种地面航天器相对地理方位关系的实时测量方法，其通过跟踪仪与光学电子经纬仪联合测量，以及指北立方镜与经纬仪确定真北方向，从而将航天器坐标系(转移到立方镜上)相对地理坐标系的方位关系标定出来；最后通过跟踪仪实时测量固定在航天器上便携式测量三坐标，得到航天器坐标系相对地理坐标系的实时方位。

本发明可以根据在静态标定航天器相对地理坐标系的姿态结果，完成航天器相对地理坐标系姿态的动态实时测量。

该方法原理简单易于实现，适用范围广。

申请人：上海卫星装备研究所
地址：200240 上海市闵行区华宁路251号
国籍：CN
代理机构：上海汉声知识产权代理有限公司
代理人：郭国中
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卫星编队飞行中的星间跟踪与测量技术

卫星编队飞行中的星间跟踪与测量技术
马涛;郝云彩;马骏;周胜利
【期刊名称】《控制工程（北京）》
【年(卷),期】2004(000)006
【摘要】本文论述了在卫星编队飞行中的几种用于星间测量的方法，包括导航卫星、微波雷达、激光雷达、红外和可见光相机这几种目前在航天工程应用比较成熟的方法，并粗略分析了各种方法的测量精度及可行性。

【总页数】7页(P28-34)
【作者】马涛;郝云彩;马骏;周胜利
【作者单位】北京控制工程研究所;中国空间技术研究院研究发展部
【正文语种】中文
【中图分类】V412.41
【相关文献】
1.星间测距对小卫星编队相对轨道状态的修正 [J], 张晓磊;郑建华;高东;钱航
2.基于星间测距增强的卫星编队GPS相对导航研究 [J], 张伟;杜耀珂;李东俊;王瞧;金小军;徐兆斌;金仲和
3.微小卫星编队的星间测距系统设计及精度分析 [J], 孙蕊;兰盛昌;徐国栋
4.基于星载双频GPS的长基线卫星编队高精度快速星间相对定位 [J], 涂佳;谷德峰;吴翊;易东云
5.编队飞行卫星的星间跟踪与测量技术综述 [J], 马涛;郝云彩;马骏;周胜利
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