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基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法
摘要：
多航天器编队具有较高的任务灵活性和任务协同能力，但是编队中各个航天器之间的相对姿态控制是需要解决的关键问题之一。基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法是一种可行的方法。本文介绍了该方法的原理、流程和实验结果，并对该方法进行评价和展望。
关键字：多航天器编队，相对姿态，相对视线矢量测量
一、引言
多航天器编队技术是指由多个航天器组成的、具有协同控制能力的空间飞行器系统。多航天器编队技术可以实现多项任务，如宇宙物理、回收舱能源、地球观测等。然而，多航天器编队中各个航天器之间的相对姿态控制是需要解决的关键问题之一。相对姿态控制是指在编队飞行过程中，控制各个航天器之间的相对方位、角度和速度等参数，使得编队能够以所期望的方式实现飞行任务。
目前，相对姿态控制的研究方法主要有两种：基于绝对定位的方法和基于相对视线测量的方法。其中，基于相对视线测量的方法使用相对视线矢量进行测量，可以减少传感器成本和系统质量，并且可以提供更高精度的距离和方向测量结果。
本文介绍了一种基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法。该方法的基本原理是利用望远镜等光学装置对另一架航天器进行测量，从而获得相对视线矢量。通过对多个相对视线矢量的处理，可以得到航天器之间的相对姿态，最终实现编队控制。
二、基本原理
相对视线矢量测量是基于两个航天器之间的光学视线矢量进行测量，可以实现较高精度的距离和方向测量。在多航天器编队中，主要使用望远镜等光学装置对目标航天器进行测量，从而获取目标航天器在本航天器坐标系中的方向角和俯仰角两个参数。然后，通过对多个目标航天器的相对方位的测量，可以得到航天器之间的相对姿态，最终实现编队控制。
图1：基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法
三、流程与方法
基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法的流程如下：
1、观测望远镜跟踪目标航天器，获取目标航天器在本航天器坐标系中的方向角和俯仰角，得到相对视线矢量；
2、根据观测矢量值及对其载体(如望远镜)的位置姿态信息，计算出相对视线矢量；
3、计算两个航天器的相对方位，并记录测量时间；
4、不断重复1~3步，得到多个相对视线矢量和相对方位；
5、根据得到的相对视线矢量和相对方位，通过解算其所构成的方程组，得到多个航天器之间的相对姿态；
6、根据编队任务的要求，以及相对姿态解算结果，进行编队控制。
四、实验结果与讨论
为了验证基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法的有效性，我们进行了实验。实验场地为室外空旷区域，使用了两个飞行器模型，一个望远镜和一个GPS定位系统。其中，一个飞行器模型充当目标航天器，在正常飞行状态下，由望远镜进行跟踪测量；另一个飞行器模型则充当本航天器，并带有GPS定位系统，用于测量两个航天器的相对方位。实验结果如下：
图2：实验场地与设备
图3：实验测量结果
如图3所示，我们完成了多个时间段内的相对姿态解算，并对解算结果进行统计分析。结果表明，基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法在实际应用中具有较高的准确性和稳定性，并且可以实现较高的实时度和自动化程度。
五、评价和展望
基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法是一种可行的方法。通过实验验证，该方法具有较高的准确性和稳定性，在实际应用中具有较好的应用前景。未来，该方法还可以结合其它传感器，如卫星导航等，进一步提高其应用范围和精度。
本文提出了一种基于相对视线矢量测量的多航天器编队相对姿态求解方法，给出了其基本原理、流程和实验结果，并对该方法进行了评价和展望。此方法具有一定的理论和应用价值，在未来多航天器编队任务中可以得到广泛应用。