● 摘要
航天器交会对接技术是载人航天工程的关键技术之一。在交会对接最终逼近段，追踪航天器在推力器作用下作六自由度受迫准直线运动，对安全性有极高的要求。本论文阐述航天器交会对接最终逼近段应急救生策略，研究航天器交会对接最终逼近段追踪航天器相对目标航天器的相对运动轨迹以及目标航天器与追踪航天器的绝对运动轨迹，阐述最终逼近段利用计算机视觉系统以及卡尔曼滤波确定目标航天器与追踪航天器的相对导航信息，讨论了最终逼近段追踪航天器逼近中止撤退到最终逼近段进入点以及准备再次对接的策略。 采用C-W方程研究最终逼近段追踪航天器相对目标航天器的相对运动轨迹，并假设二者所受摄动力之差为零，采用小偏心率高斯型轨道摄动方程，研究目标航天器与追踪航天器的绝对运动轨迹,并考虑地球非球形 项摄动和大气阻力摄动。对航天器交会对接最终逼近段计算机视觉系统，阐述相对位移与相对姿态确定算法，该算法先求解测距，尔后应用四元数估算法，由测距确定相对状态参数最佳值。特别是，一种测距求解新算法被提出。此外，还推导出一种利用偏差传递法由影像点偏差直接求出相对状态偏差的方法，这种方法不包含相对状态确定算法的方法误差，可用以评估相对状态确定算法的有效性。以计算机视觉系统测得的相对状态信息作为测量值，以C-W方程为状态方程，采用线性卡尔曼滤波估计追踪航天器与目标航天器的相对逼近速率，以四元数姿态运动方程为状态方程，采用扩展卡尔曼滤波估计目标航天器的绝对姿态速率。并从视场与标志点故障分析了计算机视觉系统对相对导航与控制的影响。最后，考虑最终逼近段逼近中止后撤退的安全性与再次对接的时间约束，分析了六种撤退机动方式，比较了其撤退时间与速度增量，以供工程参考。