韩飞，刘付成，王兆龙，杜宣，刘珊珊，刘超镇

1. 上海航天控制技术研究所，上海 201109 2. 上海市空间智能控制技术重点实验室，上海 201109 3. 上海航天技术研究院，上海 201109

近年来，随着空间碎片环境的急剧恶化[1-2]，面向主动碎片清除、在轨服务等任务的空间机器人[3]成为国际上的研究热点。多个微纳型空间机器人相互协同，能够灵活实现大型碎片的自主逼近捕获，具备研制周期短、清除成本低等优势，相比大卫星，更适合数量巨大、轨道分散的失效卫星等大型碎片清除任务。

自主相对导航是空间碎片逼近捕获的前提。考察当前可用的典型空间碎片远程相对导航敏感器，如表1所示。其中，激光雷达、微波雷达可以通过主动测量获得目标的相对距离和视线方向信息，重量、功耗与量程直接相关；可见光/红外相机则只能通过被动测量获得视线方向信息，但是具备重量轻、功耗低的明显优势。

表1 典型空间碎片远程相对导航敏感器

由于微纳空间机器人承载能力有限，无法安装远程主动测量设备，不具备远程测距能力，如何仅利用光学相机测得的视线角信息实现目标准确定位，是决定自主交会和后续任务能力的关键问题，受到广泛关注。

Geller等[4-5]先后证明了单个空间机器人对非合作目标仅测角导航的可观性，并提出了可观性判据。欧空局PRISMA计划在2011和2012年先后开展两次飞行试验，初步验证了仅测角导航的可行性[6]。德国宇航中心主导完成了AVANTI任务，进一步验证了在轨自主状态下的仅测角相对导航技术[7]。……