杜荣华, 张 翔, 廖文和

(南京理工大学机械工程学院, 江苏 南京 210094)

0 引 言

仅测角相对导航并不是一个新概念,最早应用于19世纪科学家通过望远镜观测天体并计算其轨道的研究中。当前,仅测角相对导航已经在航海[1]、深空探测[2]、卫星轨道确定[3]以及编队飞行[4-5]任务中得到了广泛应用和研究。

仅测角相对导航的概念相当简单,即通过单个相机在一段时间内测量主动星与空间目标之间的视线角(line of sight,LoS)就可以确定其相对运动状态[6]。目前,常用来测量空间物体之间相对运动状态的有源主动式传感器(例如微波雷达、激光雷达等),由于其功耗高、体积大和造价贵,使得其在实际工程应用中受到很大限制,而光学相机等无源被动式传感器(例如红外相机、可见光相机等)在这一方面具有很大的优势[7-9],因为可应用于各种卫星间距,并且对卫星质量、功率的设计影响很小[10],非常适合微小卫星平台的应用。实际上,许多航天器配备了星敏感器,如果方向适当,可用于跟踪其视野范围内的空间目标,并根据LoS观测值执行相对导航任务[11]。其中,仅测角相对导航技术代表了多种高级分布式空间系统的明确使能技术,包括自主交会和对接、空间态势感知、分布式孔径科学以及非合作目标的在轨维修等任务[12]。此外,仅测角相对导航技术在天基反导监测以及空间碎片探测和清理等领域也有较大的应用前景[13-14]。

在过去十年内,已经有在轨项目利用仅测角相对导航技术进行了非合作目标交会接近的演示验证。……