國內(nèi)外相關(guān)研究表明，僅利用相對(duì)測(cè)量信息即可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)航天器的自主導(dǎo)航。其中，航天器間的相對(duì)距離信息可通過微波測(cè)距或激光測(cè)距儀測(cè)量得到，相對(duì)視線(LOS)信息可通過光學(xué)相機(jī)測(cè)量得到。利用星敏感器提供的慣性基準(zhǔn)，將相對(duì)位置矢量轉(zhuǎn)換到慣性坐標(biāo)系，通過對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位置矢量進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，即可確定所有成員航天器的絕對(duì)軌道要素。這種方法需要將測(cè)量信息輸入到序貫濾波器中，從而實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航，因此需要一定精度的航天器狀態(tài)先驗(yàn)信息。通常，這一先驗(yàn)信息由地面站或星上其它導(dǎo)航設(shè)備進(jìn)行獲取。
最近，中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心復(fù)雜航天系統(tǒng)電子信息技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的鄧麗研究員（通訊作者）與北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院的孫秀聰副研究員合作，提出了一種僅利用航天器相對(duì)位置矢量測(cè)量獲取編隊(duì)初始絕對(duì)位置的半解析定位方法。這種方法首先對(duì)一段時(shí)間內(nèi)的相對(duì)位置矢量測(cè)量信息進(jìn)行自適應(yīng)多項(xiàng)式擬合，提取得到相對(duì)引力加速度信息，進(jìn)而將加速度信息代入二體引力場(chǎng)，利用解析法求解得到編隊(duì)位置的初始迭代解。再將初始解代入高階引力場(chǎng)模型，利用高斯牛頓迭代法，得到編隊(duì)初始位置精確解。仿真結(jié)果表明，對(duì)于三星編隊(duì)場(chǎng)景，在測(cè)距和測(cè)角誤差分別為1米和5角秒的情況下，可以實(shí)現(xiàn)2千米的自主定位精度。
這種方法僅利用相對(duì)測(cè)量信息，無需外部信息輸入即可獲取編隊(duì)航天器的絕對(duì)位置，可以為編隊(duì)飛行任務(wù)提供自主導(dǎo)航支持，特別是月球軌道編隊(duì)飛行任務(wù)、深空編隊(duì)飛行任務(wù)等。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在AIAA（American Institute of Aeronautics and Astronautics）旗下的Journal of Guidance, Control, and Dynamics期刊上。
Citation: Xiucong Sun, Cheng Geng, Li Deng and Pei Chen, “Geolocation of Formation-Flying Spacecraft Using Relative Position Vector Measurements,” Journal of Guidance, Control, and Dynamics, published online 15 February 2022.
論文鏈接：https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.G006377
圖1. 三星編隊(duì)仿真場(chǎng)景
圖2. 三維位置誤差曲線
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