适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法与流程

1.本发明涉及空间交会对接中所使用的相对测量敏感器激光雷达的合作目标组识别方法，用于交会对接激光雷达的研制，还可推广于其他交会对接航天器的交会激光雷达设计。


背景技术：

2.空间交会对接是空间技术的一个关键技术。相对测量敏感器激光雷达用于两个航天器在太空中几十公里到最终完成对接前的距离、速度、角度以及角速度等参数的测量。
3.在飞船绕飞空间站的过程中，各组合作目标在激光雷达视线方向的位置角度实时变化，可能导致激光雷达在丢失目标，也需要激光雷达进行目标组之间的切换，使其跟踪最佳目标。这就意味着，在飞船的绕飞过程中，需要对各组合作目标进行识别，进而顺利完成绕飞对接过程。从目前公开发表的文献和专利来看，尚无与此相关的交会对接激光雷达合作目标的投影面积分析方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的技术解决问题是：提供一种适用于飞船绕飞过程中交会对接激光雷达合作目标组的识别方法。
5.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种适用于飞船绕飞过程中交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，步骤如下：
7.步骤(1)：多目标识别开始时，首先通过扫描获取激光雷达视场内的目标个数，以及每个目标的俯仰角、方位角、回波强度、距离等相关参数；
8.步骤(2)：根据步骤(1)中获取的合作目标个数选择对应的识别策略；
9.步骤(21)：若目标个数为0，通知外部单元重新扫描一次，如果扫描出的目标个数依然为0，则识别结束，否则进行下一步的操作；
10.步骤(22)：若目标个数为1，则根据绕飞轨迹获得目标标识，如果是cba绕飞，则当前目标为c，如果是abc绕飞，则当前目标为a，如果要求跟踪的目标是b，则置目标未知；
11.步骤(23)：若目标个数为2，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角大的是c，俯仰角小的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角大的是a，俯仰角小的是b；
12.步骤(24)：若目标个数为3，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；
13.步骤(25)：若目标个数超过3个，则根据目标之间的夹角关系滤除虚假目标，然后根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小
的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；
14.步骤(3)：获取目标标识以后，将该目标的俯仰角、方位角、目标标识以及扫描跟踪标志回传给外部单元，跟踪目标即完成目标组的识别，识别结束。
15.进一步地，步骤(1)中所述的目标个数获取方法具体为：通过扫描获得的俯仰角度进行合并分组，俯仰角小于一定阈值的目标为同一个目标，否则为不同目标。
16.进一步地，步骤(1)中所述的按照俯仰角阈值进行分组，该阈值通过引导距离进行实时调整，当距离小于70米，阈值为0.35，当距离大于70米小于200米，阈值为0.4，当距离大于200米且小于300米，阈值为0.5，当距离大于300米且小于400米，阈值为0.45，当距离大于400米，阈值为0.4。
17.进一步地，步骤(25)滤除虚假目标的方法具体为：当目标个数超过3个以后，计算相邻两目标的俯仰角差值，并将两两之间的俯仰角差值进行比较，如果其差值大于9倍，则差值较小的两个目标为同一个目标，则滤除了多余的目标。
18.本发明和现有技术相比所具有的优点在于：本发明找到了一种解决绕飞过程中激光雷达合作目标组的识别方法，该方法简单实用，可以精确识别绕飞过程中每一个位置下的合作目标，为绕飞过程中飞船与空间站的交会对接提供了软件策略参考与保障。同时，本发明还可以推广到其他空间交会对接任务中的合作目标组识别，进而设计相应的软硬件策略。该方法有望应用于天舟系列交会对接激光雷达，为我国绕飞过程的交会对接提供技术支持和软件策略保障。
附图说明
19.图1是本发明一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法的流程图。
具体实施方式
20.下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
21.本发明一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，首先根据合作目标的安装关系和空间站构型可知，合作目标在空间站前向口为目标a，在空间站径向口为目标b，在空间站后向口为目标c。飞船与空间站的交会对接，每一个对接口都有可能进行空间交会对接，且绕飞轨迹有两种，一种是cba绕飞，另一种是从abc绕飞。在绕飞过程中，需对激光雷达的合作目标组进行实时识别。
22.然后，在目标丢失或者目标需切换的时候，进行多目标成像扫描，获取目标组的个数、俯仰角、方位角、回波强度以及距离等参数。
23.接下来，根据距离设置目标分组的阈值，生成有效的目标，并将每一组的目标的俯仰角、方位角以及回波强度进行平均。
24.其次，根据生成的目标个数选择相应的识别策略。
25.若目标个数为0，通知外部单元重新扫描一次，如果扫描出的目标个数依然为0，则识别结束，否则进行下一步的操作；
26.若目标个数为1，则根据绕飞轨迹获得目标标识，如果是cba绕飞，则当前目标为c，如果是abc绕飞，则当前目标为a，如果要求跟踪的目标是b，则置目标未知；
27.若目标个数为2，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角大的是c，俯仰角小的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角大的是a，俯仰角小的是b；
28.若目标个数为3，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；
29.若目标个数超过3个，则根据目标之间的夹角关系滤除虚假目标，然后根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；
30.最后，获取目标标识以后，将该目标的平均俯仰角、平均方位角、目标标识以及扫描跟踪标志回传给外部单元，跟踪目标即完成目标组的识别，识别结束。
31.本发明未具体说明部分属于本领域公知技术。


技术特征：
1.一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，其特征在于，步骤如下：步骤(1)：多目标识别开始时，通过扫描获取激光雷达视场内的目标个数，以及每个目标的俯仰角、方位角、回波强度、距离参数；步骤(2)：根据步骤(1)中获取的合作目标个数选择对应的识别策略；步骤(21)：若目标个数为0，通知外部单元重新扫描一次，如果扫描出的目标个数依然为0，则识别结束，否则进行下一步的操作；步骤(22)：若目标个数为1，则根据绕飞轨迹获得目标标识，如果是cba绕飞，则当前目标为c，如果是abc绕飞，则当前目标为a，如果要求跟踪的目标是b，则置目标未知；步骤(23)：若目标个数为2，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角大的是c，俯仰角小的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角大的是a，俯仰角小的是b；步骤(24)：若目标个数为3，则根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；步骤(25)：若目标个数超过3个，则根据目标之间的夹角关系滤除虚假目标，然后根据绕飞轨迹和目标角度获取目标标识，如果是cba绕飞，则俯仰角最大的是c，俯仰角最小的是a，中间的是b；如果是abc绕飞，则俯仰角最大的是a，俯仰角最小的是c，中间的是b；步骤(3)：获取目标标识以后，将该目标的俯仰角、方位角、目标标识以及扫描跟踪标志回传给外部单元，跟踪目标即完成目标组的识别，识别结束。2.根据权利要求1所述的一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，其特征在于：步骤(1)中所述的目标个数获取方法具体为：通过扫描获得的俯仰角度进行合并分组，俯仰角小于一定阈值的目标为同一个目标，否则为不同目标。3.根据权利要求1所述的一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，其特征在于：步骤(1)中所述的按照俯仰角阈值进行分组，该阈值通过引导距离进行实时调整，当距离小于70米，阈值为0.35，当距离大于70米小于200米，阈值为0.4，当距离大于200米且小于300米，阈值为0.5，当距离大于300米且小于400米，阈值为0.45，当距离大于400米，阈值为0.4。4.根据权利要求1所述的一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，其特征在于：步骤(25)滤除虚假目标的方法具体为：当目标个数超过3个以后，计算相邻两目标的俯仰角差值，并将两两之间的俯仰角差值进行比较，如果其差值大于9倍，则差值较小的两个目标为同一个目标，则滤除了多余的目标。

技术总结
本发明涉及一种适用于飞船绕飞过程交会对接激光雷达合作目标组的识别方法，属于空间合作目标识别领域，包括如下步骤：首先，扫描获得激光雷达视场内的目标个数、每一个目标的角度数据以及对应的回波强度等参数，然后根据目标个数进行相应的识别策略，由于空间站的目标安装构型已知，并利用绕飞轨迹及扫描出的目标个数可将获取的角度数据、目标状态和跟踪标志传给外部单元，即可完成待跟踪目标的识别。本发明可以为激光雷达在绕飞过程中的软件算法提供实质性的策略，进而保障绕飞过程中的顺利交会对接。交会对接。交会对接。


技术研发人员：颜坤 刘恩海 周向东 岳永坚 冯志辉 袁林晨 李伟雄
受保护的技术使用者：中国科学院光电技术研究所
技术研发日：2020.12.03
技术公布日：2022/1/14